Оглавление
Задание на курсовое проектирование
1. Выбор селективных систем преселектора
2. Расчет допустимого коэффициента шума приемного устройства
3. Расчет требуемого коэффициента передачи приемника
4. Синтез структурной схемыприемника
5. Выбор интегральных микросхем
6. Расчет одноконтурной входной цепи
7. Расчет резонансного УРЧ
8. Расчет ФСС
9. Требования предъявляемые к УНЧ
10. Требования предъявляемые к схеме питания приемногоустройства
11. Структурная схема спроектированного приемногоустройства
Задание на курсовое проектирование
Диапазон рабочих частот.88-108 МГц;
Чувствительность 15мкВ;
Сопротивление антенны. Rа=75Ом;
Вид модуляции частотная;
Отношение сигнал/шум на выходе линейной части16дБ;
Параметры модулирующего сигнала. 50-10кГц;
Девиация частоты. 75кГц;
Селективность по соседнему каналу 45дБ;
Селективность по зеркальному каналу50дБ;
Селективность по каналу прямого прохождения 60дБ;
Уровень выходного сигнала. 10Вт x 8Ом;
Относительная нестабильность частоты гетеродина dfг. 10-3;
Относительная нестабильность частоты передатчика dfп 10-7;
Расстройка по соседнему каналу. 250кГц
Изменение уровня выходного сигнала на 5дБ при измененииуровня входного сигнала на 65дБ;
Питание 220В при частоте 50Гц;
/>1. Выбор селективныхсистем преселектора
Селективные системы преселектора обеспечивают подавлениепомех по дополнительным каналам приема. В диапазонных приемниках в преселектореприменяются, как правило, перестраиваемые одиночные контуры или пара связанныхконтуров. Селективная система преселектора выбирается из условия обеспеченияподавления помех по зеркальному каналу. Для этого нужно оценить возможностьподавления помех одиночным контуром Se1 идвумя связанными контурами Se2. Методикарасчета аналогичная [1].
Исходными данными для расчета селективности являются:
fmin = 88МГц-нижняячастота диапазона
fmax= 108МГц-верхняя частота диапазона
dэ =0. 016-значениенагруженного затухания контура соответствующее заданному диапазону;
fпр= 10. 7МГц-промежуточнаячастота
· Для верхней настройки гетеродина
fзк=f0+2fпр
Вычисляется обобщенная расстройка на резонансной частоте (fo=fmax длядиапазонных приемников)
/>
селективность по зеркальному каналу обеспечиваемая одиночнымконтуром,
/>, Se1=27.137дБ
селективность обеспечиваемая двухконтурной системой спараметром связи b=1,/>
Se2=48. 236дБ
· Для нижней настройки гетеродина
fзк=f0-2fпр
/>
/>
Se1=28. 896дБ
/>
Se2=49. 729дБ
Оформим результаты расчетов в виде таблицы:
Таблица 1 Селективность по зеркальному каналуНастройка гетеродина Одиночный контур Два одиночных контура Два связанных контура Верхняя г 27. 137дБ 54. 274дБ 48. 236дБ Нижняя 28. 896дБ 57. 829дБ 49. 729дБ
Выбираем систему преселектора исходя из того, что системадолжна быть как можно проще в реализации, и включать в себя как можно меньшеперестраиваемых контуров. В данном случае лучше всего подходит система из двуходиночных перестраиваемых контуров. В этом случае обеспечивается селективностьпо зеркальному каналу 57дБ, при нижней настройки гетеродина.
/>2. Расчет допустимогокоэффициента шума приемного устройства
При расчете чувствительности приемников СВЧ важно оценитьшумы, вносимые входной цепью. Максимальное значение коэффициента шума РПУ
/>
где Pвх — чувствительность приемника (Вт); k-постояннаяБольцмана; T0=300К; Dfэф — эффективная полосапропускания приемника;
/>
где Emin — чувствительность приемника
/>
qвых=16дБ=6. 31 — отношение сигнал/шум на выходе линейной части.
/>
так как коэффициент шума достаточно высок, то особых мер поснижению уровня шумов применять не понадобиться.Расчет требуемой полосы пропускания приемника.
Для приемников, осуществляющих несогласованную обработкусигналов, значение полосы пропускания определяется известным соотношением
/> (1)
Dfc — ширина спектра принимаемого сигнала
Dfд — максимальное значение доплеровского сдвига принимаемого сигнала
Df1 — среднеквадратическое случайноеотклонение рабочей частоты передатчика
Df2 — среднеквадратическое случайноеотклонение рабочей частоты гетеродина
При частотной модуляции ширина спектра зависит от индексамодуляции определяемого соотношением
/>
Fд — девиация частоты;
Fв — верхняя частотамодулирующего сигнала;
ширину спектра сигнала найдем по формуле
/>
Сдвиг доплеровской частоты Dfдучаствующий в формуле (1) в расчет не принимается, так как он равен нулю,потому что при расчете приемника не учитывается передвижение передающей станциии приемника относительно друг друга. Рассчитаем расширение полосы пропусканияиз за нестабильности частот передатчика и гетеродина, для этого рассчитаеммаксимальные абсолютные отклонения частоты передатчика и гетеродина
/>
/>
fгmax — максимальная частота гетеродина;
fпmax — максимальная частота передатчика она равна верхней частоте диапазона;
Расширение полосы пропускания за счет нестабильности частотгетеродина и передатчика
/>
Подставляя полученные значения в формулу (1) получим требуемуюполосу пропускания приемника
Птреб=224800+194600=419400 Гц
Так как
/>
то в приемник целесообразно ввести автоматическую подстройкучастоты с коэффициентом автоподстройки
/>
после ввода АПЧ в приемник полосу пропускания приемникапринимают равной
/>3. Расчет требуемого коэффициента передачиприемника
Требуемый коэффициент передачи приемника найдем по формуле.
/>
где Uвых — напряжение нанагрузке приемника при подаче на вход сигнала равного уровню чувствительности Emin.
/>
/>4. Синтез структурной схемы приемника
При синтезе структурной схемы приемника будем исходить изтребований к приемному устройству:
· частотная селекция полезных сигналов;
· усиление сигналов до уровня необходимого для нормальногоосуществления их демодуляции;
· демодуляция принимаемого сигнала;
· подавление помех;
селективная система преселектор приемный
· схема должна содержать как можно меньшее кол-во перестраиваемыхконтуров и преобразований частоты.
Структурная схема изображена на рис. 1
/>
Рисунок 1. Структурная схема приемного устройства.
В приведенной структурной схеме отсутствуют данные опараметрах каждого звена, окончательный вид структурной схемы будет приведенпосле всех расчетов параметров.5. Выбор интегральных микросхем
Для проектирования приемника воспользуемся интегральнымимикросхемами серии К174:
К174ХА15 — усилитель ВЧ, смеситель, гетеродин;
К174ХА6 — УПЧ, ограничитель, детектор, предварительный УНЧ;
Более подробная информация о микросхемах приведена вприложении 1,2;
6. Расчет одноконтурной входной цепи
Принципиальная схема входной цепи показана на рис. 2
/>
Рисунок 2. Принципиальная схема входной цепи.
Исходными данными для входной цепи являются:
· Rвх=100 Ом — входноесопротивление УРЧ;
· Ra=75 Ом — сопротивление антенны;
· Ссхmax = 60пФ — максимальная емкость контура;
· fmin=88МГц, fmax=108МГц- верхняя и нижняя частоты настройки контура. Для перестройки контура почастоте будем использовать встречное включение двух варикапов. Такое включениепозволяет получить более равномерное изменение частоты настройки колебательногоконтура от управляющего напряжения.
/>
Т.к. обычно в справочниках указывается перекрытие поемкости, то сделаем необходимый перерасчет.
/>
Выбираем варикап типа КВ132А который имеет следующиепараметры:
Номинальная емкость 33 пФ;
Коэффициент перекрытия по емкости 3,5;
Напряжение управления 25, В;
Добротность 300.
Исходные данные для расчета входной цепи:
Диапазон рабочих частот /> />;
1. Эквивалентное затухание контура 0. 016
2. Собственное затухание контура выберем наиболее подходящее для этогодиапазона частот — />;
3. Сопротивление антенны />;
4. Входная емкость и входное сопротивление УРЧ на основе микросхемыК174ХА15 Rвх=100 />;
Определим максимальную и минимальную емкость двухпоследовательно включенных варикапа.
/>, />
Величину емкости С1 находим так
/>
Найдем максимальную емкость схемы
/>
А теперь определим индуктивность контура
/>
Коэффициенты включения определим по формулам
/>
/>
А теперь рассчитаем коэффициент передачи контура
для этого найдем проводимость контура
/>
Эквивалентная проводимость контура
/>
Коэффициент передачи контура
/>
R1 — выбираем 100 кОм.
Расчет входной цепи закончен.
7. Расчет резонансного УРЧ
Исходными данными для расчета резонансного контура УРЧ будутявляться теже параметры что и для расчета входной цепи, только с темиизменениями что вместо сопротивления антены будет использоваться выходноесопротивление УРЧ, а вместо входного сопротивления УРЧ будет использоватьсявходное сопротивление смесителя микросхемы К174ХА15.
· Rвых=100 Ом — выходноесопротивление УРЧ;
· Rвх=750 Ом — входноесопротивление смесителя;
· Ссхмах=35. 1 пФ — максимальная емкость контура;
· d0=0. 016 dэ=0.004 — собственное и эквивалентное затухание контура;
Рассчитаемкоэффициенты включения
/>
/>
Проводимость Go останетсятакой же как и во входной цепи, пересчитаем эквивалентную проводимость
/>
коэффициент передачи контура равен
/>
Схема включения ИМСК174ХА15 приведена на рис. 3
/>
Рисунок 3. Схема включения ИМС К174ХА158. Расчет ФСС
При анализе данных приведенных в [4], приходим к выводу, чтореализация ФСС с нужными параметрами на основе стандартных фильтров основнойчастотно селекции затруднена тем, что нет фильтров с такой, достаточно широкой,полосой пропускания, кроме того, нет фильтров с затуханием вне полосыпропускания 56дБ, а те фильтры, которые имеют полосу более 200кГц имеютсравнительно малое затухание. Потому приходится строить ФСС на основемногоконтурных фильтров.
Исходными данными для расчета фильтра являются:
· fпр=10. 7МГц — промежуточнаячастота;
· Папч=247кГц — полоса пропускания приемника;
· fск=250кГц — расстройка пососеднему каналу;
· Seск=50дБ=316 — селективностьпо соседнему каналу;
· M=6дБ=2 — ослабление на границе полосыпропускания;
Для расчета ФСС зададимся значением dэ=0.0025
Затем определим величину
/>
h*=2fпрd0/Папч=
по графикам для кривой ослабления сигнала на границе полосыпропускания (рис. 4), равного M=0. 8дБ, и расчитанной величины h* находим коэффициентрасширения полосы пропускания,
/>
Рисунок 4. График для определения />.
/>
а затем вычисляем разность частот среза.
/>
Находим относительную расстройку по соседнему каналу:
/>
вычислим параметр h
/>
по рисунку. 5 определяем селективность по соседнему каналуодного звена ФСС
/>
Рисунок 5. Обобщенные резонансные кривые ФСС
Se1=9дБ=2. 8
Так как требуемое обеспечение селективности по соседнемуканалу составляет 45дБ, то достаточно 5-ти звеньев ФСС. N=5
Вычислим селективность по соседнему каналу и ослаблениесигнала границе полосы пропускания ФСС.
/>
/>
Рисунок 6. Принципиальная схема ФСС.
Выберем характеристическое сопротивление контура изследующих ограничений:
/>,
где f в МГц, в нашем случае f=10,7МГц.
Принимаем r=3000 Ом.
Определим коэффициенты трансформации первого и последнегоконтуров ФСС.
Rвых=1кОм — выходноесопротивление смесителя;
Свых=5пФ — выходная емкость смесителя;
/> - входное сопротивлениемикросхемы К174ХА6;
/> - входная емкость микросхемыК174ХА6.
Рассчитаем коэффициенты включения первого и последнегоконтура.
/>, />
Определим L C — элементы цепи ФСС
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Найдем коэффициент передачи ФСС Кфсс по рис. 5
/>
Рисунок 7. График для определения коэффициента передачиФСС.
Кфсс=0.6=-4дБ
В качестве усилителя ПЧ и детектора была выбрана микросхемаК174ХА6.
Проверим сможет ли ограничитель содержащийся в микросхемеК174ХА6 обеспечить изменение уровня выходного сигнала в пределах 5 дБ, приизменении входного сигнала на 65 дБ. Для этого найдем уровень входного сигналаУПЧ.
/>
по графику рис. 7 определяем коэффициент ослабленияпаразитной амплитудной модуляции Косам=72дБ, а глубина модуляциидолжна быть равной Г=D-B=65-5=60дБ,где D-динамический диапазон изменения сигнала на входе,а B — динамический диапазон изменения сигнала навыходе. Так как Косам>Г значит ограничитель обеспечиваетослабление паразитной амплитудной модуляции с достаточным запасом,автоматическую регулировку уровня сигнала применять нет необходимости.
/>
Рисунок 8. Зависимость коэффициента ослабленияпаразитной амплитудной модуляции от уровня входного сигнала микросхемы К174ХА6.
Схема включения ИМСК174ХА6 приведена на рис. 7
/>
Рисунок 9. Схема включения ИМС К174ХА69. Требования предъявляемые к УНЧ
Усилитель низкой частоты одноканальный с выходнымсопротивлением 8 Ом, должен обеспечивать на выходе не менее 10Вт при нагрузке 8Ом, питание 8-12 В двухполярное. Коэффициент усиления не менее
/>, где />10. Требования предъявляемые к схеме питанияприемного устройства
Блок питания приемного устройства должен работать от сетипеременного напряжения 220В частоты 50Гц и обеспечивать на выходе постоянноедвухполярное напряжение 9В±5%.
11. Структурная схема спроектированного приемногоустройства
Структурная схема приемника с указанием всех параметровсоставляющих ее звеньев приведена на рис. 9
/>
Рисунок 10. Структурная схема приемника.
Приложения
Приложение 1. ИМС К174ХА15Микросхема представляет собой многофункциональную схему, предназначеннуюдля УКВ блоков (аппаратов любой категории сложности до высшей). Достижениевысоких параметров УКВ приема связано с тем что ИМС содержит симметричныйсмеситель-перемножитель U1 с глубокой обратной связью,большим входным сопротивлением и значительным усилением, балансный гетеродин G1, буферный каскад A3,предохраняющему гетеродин от входных сигналов, усилитель АРУ A2,повышающий устойчивость блока УКВ к образованию паразитных каналов приема, ивысококачественный стабилизатор напряжения A4,обеспечивающий, в частности стабильность частоты гетеродина при колебанияхпитающего напряжения. Кроме того, в состав ИМС входит усилитель высокой частотыA1 и фильтр низкой частоты Z1.
В ИМС предусмотрен такжекаскад на транзисторе VT13 внутренней АРУ дя предотвращения перегрузки присильных сигнала и стабилизатор напряжения на транзисторе VT1 идиодах VD1. VD5.
/>
Принципиальная схема ИМС К174ХА15
/>
Структурная схема ИМС К174ХА15Электрическиепараметры ИМС К174ХА15
Ток потребления Iпот, мАне более. 30
Коэффициент усиления по напряжению КуU, дБ при Uвх=1мВ f=69МГц, не менее. 22
Коэффициент шума Кш, дБ не более. 10
Предельные эксплуатационные параметры ИМС К174ХА15
Напряжение питания Uи. п,В:
минимальное. 8. 1
максимальное. 15. 6
Ток на выводе 7 I7, мА неболее5
Частота входного сигнала fвх,МГц не более. 108
Сопротивление нагрузки Rн,Ом не менее50
Приложение 2. ИМС К174ХА6
Микросхема представляет собой многофункциональную схему,предназначенную для усиления ограничения и детектирования ЧМ сигналовпромежуточной частоты3, бесшумной настройки приемников на принимаемую станцию,формирования управляющих напряжений для индикатора напряженности поля в антеннеи АПЧ. Выпускается в корпусе типа 238. 18-3. (DIP — 18).
Назначение выводов: 1 — корпус; 2 — отключение АПЧ; 3 — фильтр; 4,6 — фильтры НЧ; 5 — выход АПЧ; 7 — выход НЧ; 8,11 — выходы ПЧ; 9,10 — фазосдвигающий контур; 12 — питание (+Uип);13 — вход БШН; 14-выход на индикатор; 15 — выход БШН, 16,17 — блокировка, 18 — вход ПЧ.
Электрические параметры ИМС К174ХА6 при 25±10°С и Uип =12 В
Ток потребления Iпот, мА, не более ____________________________16
Входное напряжение ограничения Uвх. огрмкВ, при fвх=10,7МГц не более________60
Выходное напряжение низкой частоты
UвыхНЧ мВ при Uвх =10мВ fвх=10,7 МГц,Δf=±50кГц, fмод=1кГц. неменее________160
Коэффициент ослабления амплитудной модуляции
KАМ дБ, при Uвх=10 мВ, fВХ=Ю,7мГц, Δf=±50кГц, fмод =1 кГц, m=30 % не менее___46
Коэффициент гармоник КГ, %, при
Uвх=10 мВ. fВХ=10. 7 мГц, Δf=±50 кГц. fмод=1 кГц. не более ________1
Входная емкость Свх, пФ,не более _____________________________25
Входное сопротивление Rвх, кОм, не менее ______________________10
Предельные эксплуатационные параметры ИМСК174ХА6
Напряжение питания Uип, В:минимальное ______________________4.5
максимальное______________________________________________18
Ток потребления Iпот, мА. при Uип=18 В, не более ________________21
Максимальный ток, мА: через вывод 14 I14max ________________________________3
/>
через вывод 15 I15max1________________________________________________1
/>
Амплитудно-частотнаяЗависимость напряжения характеристика ИМС К174ХА6. на выводах 14,16 ИМСК174ХА6.
/>
Рис.П. 2. 3 Структурная схема ИМС К174ХА6
Принятые обозначения наструктурной схеме:
Усилитель-ограничитель А1,Детекторуровня А2,Частотный детектор UZ1,Стабилизатор напряжения A3,Усилитель А4,ТриггерА5,КлючиSI,S2.