МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РЯЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
КАФЕДРА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«Устройства приема и обработки сигналов’’
на тему Приемник радиовещательный 1 класса
Автор работы: Степанов В.В.
Специальность 2007
Группа 414
Руководитель:
доц. Богданов А.С.
РЯЗАНЬ
СОДЕРЖАНИЕ
1.Введение
2.Разработка и расчет структурной схемы РПУ
2.1Расчет полосы пропускания приемника
2.2 Выборпервых каскадов приемника
2.3 Выборсредств обеспечения избирательности
2.4 Распределениеусиления по каскадам
3. Расчетпринципиальной схемы приемника
3.1 РасчетY-параметров МС 174ПС1
3.2 Расчетвходной цепи
3.3 РасчетУРЧ
3.3.1 Расчетэлементов,обеспечивающих режим
3.3.2 Расчетколебательной системы УРЧ
3.4 Расчетколебательной системы смесителя
4. Методобеспечения перестройки по частоте
5.Конструктивная разработка УРЧ и смесителя
6.Заключение
Списокиспользованных источников
1. ВВЕДЕНИЕ
Угловая модуляция (общий термин, объединяющий ЧМ и ФМ)обладает несколькими важными достоинствами. Так, мощность передатчика неизменяется при модуляции, она постоянна и равнапиковой,,тогда как при АМ, например, мощность несущей должнабыть в четыре раза меньше пиковой. Усилитель мощности передатчика с угловоймодуляцией работает при постоянной амплитуде сигнала, поэтому к его линейностине предъявляется никаких требований. Он может работать в режиме класса С, т.е. с максимальным кпд.Отсутствие серьезных требований к линейности особенно важно для транзисторныхустройств. Передатчик не требует для модуляции большой мощности звуковогосигнала, посхеме и конструкции он получается заметно проще АМ, а тем более SSBпередатчика.
Постоянство мощности ЧМ иФМ сигналов — существенное преимущество в связи с развитием сетиретрансляторов. Ведь ультракороткие волны слабо огибают земную поверхность, поэтому дальностьдействия УКВ передатчиков в обычных условиях не намного превосходит дальностьпрямой видимости. Дальность значительно увеличивается при наличииретранслятора, а тем более — цепочки ретрансляторов, установленных навозвышенных местах. Из-за нелинейности усилительных каскадов ретранслятораслабые сигналы подавляются в нем сильными. Если к тому же сильный сигналмодулирован по амплитуде, то в ретрансляторевозникнет перекрестная модуляция и слабый сигнал так же окажется промодулирован, связь нарушится. Прииспользовании угловой модуляции перекрестная модуляция не возникает. Наличиесильного сигнала приводит лишь к уменьшению коэффициента усиления ретранслятора(забитие), но не нарушаетвозможности проведения связи. По этой же причине передатчики с угловоймодуляцией практически не создают помех телевизионному и радиоприему изначительно меньше мешают близко расположенным радиостанциям по сравнению с АМи SSB передатчиками.
2. РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РПУ
2.1 РАСЧЕТ ПОЛОСЫПРОПУСКАНИЯ ПРИЕМНИКА
приемник радиовещательный частота
Ширина полосы пропускания линейного тракта складывается изширины спектра радиочастот принимаемого сигнала, доплеровского смещениячастоты сигнала и запаса полосы, требуемого для учетанестабильности и неточности настроек приемника, т. е.
/>
Величина нестабильности определяется по формуле
/> , где
/> — нестабильность частоты сигнала
/> — нестабильность частотыгетеродина
/> — неточность настройки гетеродина
/> — неточность настройки УПЧ
При использовании синтезатора частот нестабильности частотыгетеродина очень малы ( порядка /> ), поэтому полная величинанестабильности настроек так же будет малой.
Нестабильность настройки гетеродина зависит от шага сеткисинтезатора и составляет 10 кГц. Неточность настройки УПЧ составляет 30 кГц.
Так как по ТЗ условия эксплуатации радиоприемника заданыкак стационарные, а радиовещательныецентры и радиоретрансляторы стоят неподвижно, то, очевидно, что доплеровское смещениечастоты будет равно 0.
Ширина спектра принимаемого радиосигнала будет равна
/> , где
/> — индекс модуляции
/> — максимальная девиация частотысигнала (установлена равной 50 кГц)
/> — максимальная частотамодулирующего сигнала (12500 Гц для приемников 1 класса).
/> кГц.
Таким образом, полоса пропускания РПУ составляет примерно215 кГц.
2.2 ВЫБОР ПЕРВЫХКАСКАДОВ ПРИЕМНИКА
Вычислим допустимый коэффициент шума
/> , где
/> — минимально допустимое отношениеэффективных напряжений с/ш на входе приемника (обычно 2)
/> —внутреннее сопротивление приемной антенны (75 Ом).
Если не учитывать внешние шумы, то получим
/>
В качестве преобразователя частоты выберемспециализированную микросхему К174ПС1— двойной балансный перемножитель функций. Она содержит два каналалогарифмирующего преобразования входных сигналов X и Y (рабочая частота до 100МГц ) и суммирующего обратного преобразователя Z, позволяющего получить навыходе напряжение до 300 мВ, пропорциональноепроизведению напряжения входных сигналов. Коэффициент шумасмесителя 8 дБ (2.5), т.е. /> ( 2.5
/> — коэффициент передачи токаэмиттера
/> — статический коэффициентпередачи тока в схеме с ОЭ
/>
/>
/> Ом
/>
/>
/>
/>
Теперь, получив достаточно малыйкоэффициент шума, можно рассчитывать, что при влиянииатмосферных помех радиосвязь не будет нарушаться (чушь собачья).
Активная составляющая входной проводимости будет равна
/>
Реактивная составляющая входной проводимости
/>
Активная составляющая выходной проводимости
/>
Выходная емкость
/>
На средней частоте диапазона, равной 69.4 МГц онисоставят
/>
/>
/> Ф
/>
/>
2.3 ВЫБОР СРЕДСТВОБЕСПЕЧЕНИЯ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТИ ПРИЕМНИКА
Промежуточная частота для УКВ ЧМ определена ГОСТом, поэтому сразу выберемструктурную схему преселектора с учетом требований ТЗ по методике, изложенной в [1].
/> — эквивалентное затухание контура
Обобщенная расстройка зеркального канала:
/>/>/> дБ.
По графику на рисунке 2 находим ослабление зеркальногоканала,которое может обеспечить преселектор.
/>
Частотная характеристика преселектора
В качестве главного фильтра УПЧ выберем ФСС ФП1П049(а). Егопараметры:
Полоса пропускания на ур-не 6 дБ — 220 кГц.
Ослабление при отстройке на 250 кГц — 26 дБ.
Ослабление в полосе прозрачности не более — 10 дБ.
/>
/>
/>
/>
Таким образом, этот фильтр дает ослабление по соседнемуканалу 18.5 дБ. 1.5 дБ надо получить в контуре преселектора.
2.4 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛЕНИЯ ПОКАСКАДАМ
При ЧМ амплитуда сигнала не несет никакой информации, т. к. принимаемый сигналнеобходимо пропустить через ограничитель, что бы избавиться отпаразитной амплитудной модуляции. Поэтому обычно в радиоприемниках ЧМ-сигналовАРУ не применяются.
В качестве УПЧ и детектора выберем специализированнуюмикросхему К174ХА6. Она представляет собой усилитель-ограничитель, синхронный демодулятор, предварительный УНЧ сэлектронной настройкой усиления, узлы бесшумной настройкии усилителя постоянного тока для управления индикатором настройки, а такжесхему выработки управляющего напряжения системы АПЧГ.
Требуемый уровень сигнала на входе детектора
/>
Усиление линейного тракта
/>
Коэффициент усиления преселектора
/>
/>
/>
Возьмем />
/>
Коэффициент усиления преобразователя частоты К174ПС1
/>
/>
/> — сопротивление контура внагрузке преобразователя.
Зададимся />
/>
Зададимся />
/>
/>
С учетом ослабления сигнала при прохождении фильтра (10 дБ)коэффициент усиления УПЧ
/>
схема радиоприемника приведена на рисунке 3.
/>
Структурная схема радиоприемника
Цифрами обозначены:
1. Входная цепь.
2. Усилитель радиочастоты.
3. Смеситель.
4. Главный фильтр УПЧ.
5. Усилитель промежуточнойчастоты.
6. Детектор ЧМ сигналов.
7. Генератор управляемыйнапряжением.
8. Синтезатор сеткичастот.
3.РАСЧЕТ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПРИЕМНИКА
3.1 РАСЧЕТ Y-ПАРАМЕТРОВ МС 174ПС1
/>
Принципиальная схема МС К174ПС1
1.) Расчет режима попостоянному току.
Пренебрегая падениемнапряжения на R5=3 КОм, будем считать, что падение напряжения натранзисторах VD3 и VD4 равно 0,6 В. Определим то задаваемый R6, R7.
/>
/>
VT5,VT6:
/>
VT1...VT4:
/>
2.) Расчет входныхY-параметров.
/> , где /> — входная проводимостьодного транзистора
Будем считать, что параметрыинтегральных транзисторов совпадают с параметрами бескорпусного транзистораКТ324Е-1.
/>; />; />; />; />; />.
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
3.) Расчет выходныхY-параметров.
/>
/>
/>
/>
/>
/>
3.2 РАСЧЕТ ВХОДНОЙ ЦЕПИ
/>
Принципиальная схема входной цепи
Связь с антенной и УРЧ внутриемкостная. Она обеспечиваетпримерное постоянство коэффициента передачи по диапазону.
В качестве элемента перестройки контура выберем варикапнуюматрицу КВС111А.
/>
Коэффициент перекрытия по частоте меньше 1.2, поэтому расчет будемвести на среднюю частоту диапазона 69.4 МГц.
1.) Коэффициент трансформации, обеспечивающий согласование фидера ивходного сопротивления УРЧ
/>
2.) Выбираем
/>
3.) />
4.) Полная емкость схемы
/>
5.) Индуктивность контура
/>
/> />
6.) Максимальныйкоэффициент передачи по напряжению
/>
7.) Эквивалентнаярезонансная проводимость контура с учетом вносимых сопротивлений со сторонывхода и выхода
/>
/>
/>
/>
/>
8.) Полоса пропускания
/>
9.) Коэффициент передачипо мощности входной цепи совместно с антенной и кабелем
/>
10.) Избирательность позеркальному каналу
/>
/>
/>
11.) Избирательность поканалу прямого прохождения
/>
/>
12.) Диапазон изменениянапряжения на варикапе
/> нетрудно убедиться, что />
/>
Таким образом
/>
/>
По справочнику находим диапазон изменения напряжения наварикапе — 2...4 В.
Конденсаторы:
С1 — типа ПМ-1 емкостью 200 пФ />
Cп — типа КПД с пределом изменения емкости 2-8 пФ.
3.3 РАСЧЕТ УРЧ
3.3.1 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ,ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХРЕЖИМ
1.) Изменение обратноготока коллектора
/>
2.) Тепловое смещениенапряжения базы
/>
3.) Необходимаянестабильность коллекторного тока
/>
4.) />
5.) />
6.) />
7.) />
8.) />
9.) />
/>
Принципиальная схема УРЧ
В УРЧ будем использовать транзистор КТ368, включенный по схеме с ОЭ.
Конденсаторы:
Cб — типа ПМ-1 с емкостью 4 пФ ±10%
Сф — типа ПМ-1 с емкостью 240 пФ/>.
Резисторы типа МЛТ-0,125 :
Rэ — 330 Ом ±10%
Rф — 470 Ом ±10%
Rд1 — 20 кОм ±5%
Rд2 — 5.1 кОм ±5 %.
3.3.2 РАСЧЕТ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УРЧ
1.) />
/>
2.) Требуемая добротностьконтура
/>
3.) Характеристическоесопротивление контура
/>
4.) Эквивалентнаяконтурная емкость
/>
5.) Допустимый коэффициентвключения транзистора в контур
/> выберем />
6.) Сопротивление, вносимое в контур состороны транзистора
/>
7.) Емкость, вносимая со сторонытранзистора
/>
8.) Сопротивление потерь
/>
9.) Добротность ненагруженного контура
/>
10.) Эквивалентноесопротивление потерь
/>
11.) Допустимоесопротивление, вносимое со сторонысмесителя
/>
12.) /> возьмем />
13.) Величина взаимнойиндуктивности
/>
14.) Емкость, вносимая в контур состороны смесителя
/>
15.) />
16.) />
17.) Добротностьнагруженного контура
/>18.)Коэффициент усиления каскада
/>
19.) Полоса пропускания УРЧ
/>
20.) Избирательность по зеркальному каналу
/>
/>
21.) Избирательность по каналу прямого прохождения
/>
/>
22.) Коэффициент передачи по мощности
/>
3.4 РАСЧЕТ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ СМЕСИТЕЛЯ
Входное сопротивление фильтра ФП1П049а составляет 330 Ом.Рассчитаем коэффициент включения, при которомобеспечивается согласование смесителя и фильтра.
/>
Схема замещения колебательной системы смесителя
Зададимся добротностью нагруженного контура />, контурная емкость />.
Характеристическое сопротивление контура
/>
Проводимость нагруженного контура
/>
/>
Коэффициент включения фильтра в контур
/>
Проводимость ненагруженного контура
/>
Добротность ненагруженного контура
/>
Избирательность по соседнему каналу
/>
/>
4. МЕТОД ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПЕРЕСТРОЙКИ ПО ЧАСТОТЕ
Для формирования управляющих сигналов для перестройкирадиоприемника по частоте используется специализированная микросхема КА1508ХЛ1.Она обеспечивает автоматический поиск и настройку на частоту радиостанции, запоминание и сменучастот семи радиостанций по выбору пользователя в каждом диапазоне (СВ, УКВ). Микросхемавырабатывает звуковые сигналы различного тона и длительности, оповещающие о сменедиапазона рабочих частот, достижении верхней инижней границы диапазона.
Структурная схема синтезатора представлена на рисунке 8.
/>
Структурная схема БИС КА1508ХЛ1
Внешние управляющие сигналы IV1, IV2, поступающие на ДПКД сосканирующего счетчика, позволяют осуществлятьсканирование диапазона приема с определенным шагом в ручном или автоматическомрежиме.
При настройке на станцию код, задающий коэффициентделения делителя петли ФАПЧ, записывается в ОЗУ БИС споследующим использованием для быстрой настройки на станцию (фиксированнаянастройка). Число запоминаемых станций зависит от объема ОЗУ.
БИС выполнена по низкопороговой КМОП технологии сметаллическим затвором.
В УКВ диапазоне ДПКД с целью расширения диапазонасинтезируемых частот разбит на 2 счетчика А и В, обеспечивающихдвухкоэффициентное деление.
После окончания деления на число a, записанное в А, на внешний предварительныйделитель,имеющий переменный коэффициент деления Р или Р+1 и большее по сравнению с БИСбыстродействие, подается управляющийсигнал,который изменяет его коэффициент деления Р+1, когда А работает врежиме вычитания (обратного счета) и Р, когда А останавливается, а В продолжает счет довычитания остальной части импульсов запрограммированного в нем значения b(/>).
/>
Опорная частота /> поступает на вход ЧФД, где она сравнивается счастотой F, получаемой в результатеделения /> накоэффициент деления N делителя с переменным коэффициентом деления.
Сигнал ошибки детектора подается через соответствующий ФНЧна перестраиваемый генератор, замыкая петлю ФАПЧ.
В режиме фазовой синхронизации F и Fo на входах ЧФД равны иобеспечивают рабочую частоту синтезатора
/> .
Изменяя коэффициенты a и b можно осуществлятьдискретную настройку /> , с шагом равным Fo.
Изменяя М можно изменять шаг перестройки по диапазону.
5.КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА УРЧ ИСМЕСИТЕЛЯ
При конструктивной разработке узла УРЧ и смесителя былаиспользована САПР PCAD-4.5.
Вид печатной платы с проводниками и сборочный чертежприведены в графическом приложении.
6.ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения курсового проекта была разработаналинейная часть УКВ тюнера I-класса.
Достоинством схемы является достаточно малое числоэлементов,что произошло благодаря использованию интегральных микросхем. Разработкаобладает неплохими показателями по чувствительности и избирательности, а использованиесинтезатора частоты позволяет перестраиваться по диапазону с малым шагом ибольшой точностью. Все эти достоинства, несомненно, могли бы привлечьпотенциальных покупателей, если бы не тот факт, что в диапазоне 65.8-73МГц работает очень мало станций (пиздобольство) и поэтому приобретениерадиоприемника с диапазоном 87.5-108 МГц будет предпочтительнее.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.
1. Проектирование радиоприемных устройств: Учебное пособие длявузов. Под. ред. А.П. Сиверса. М.: Сов. Радио, 1976.
2. Радиоприемные устройства. Под. ред. Л. Г Барулина.— М.:Радио и связь,1984.
3. Расчет электронных схем на транзисторах/ Бочаров Л. Н. идр.—М.: Энергия, 1978.
4. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник.Под. ред. С. В. Якубовского.—М.: Радио и связь, 1989.
5. Хоровиц П., Хилл У. Искусствосхемотехники: В 2-х томах. Пер. с англ.— М.: Мир,1983.—Т. 1.