МГТУ ГА
Пояснительная записка
к курсовой работе
по теме:
“Радиоприемное устройство для приема сигналов типа F3EH”
СтудентХХХ
Руководительпроекта
Подпись
Минск 2000г.
Содержание.
Введение
1. Выбор и обоснование техническихтребований к устройству
2. Выбор и расчет структурной схемыРПрУ
2.1 Определение ширины полосыпропускания ВЧ тракта
2.2 Разбивка рабочего диапазона наподдиапазоны
2.3 Расчет параметров АРУ
2.4 Выбор транзисторов и расчет ихпараметров
2.5 Выбор промежуточной частоты
2.6 Определение типа, параметров ичисла избирательных систем настроенных на частоту принимаемого сигнала
2.7 Определение типа, параметров ичисла избирательных систем настроенных на промежуточную частоту
2.8 Выбор числа и типов усилительныхкаскадов
2.9 Анализ предварительного расчета
3. Электрический расчет
3.1 Расчет одноконтурной входной цепи врежиме удлинения
3.2 Расчет усилителя радиочастоты
3.3 Расчет преобразователя частоты
3.4 Расчет тракта промежуточной частоты
3.5 Расчет частотного детектора
3.6 Пасчет системы АРУ
3.7Расчет стереодекодера
3.8 Расчет системы частотнойавтоподстройки частоты
3.9 Конструктивный расчет
Введение
Радиоприемноеустройство состоит из приемной антенны, радиоприемника и оконечного устройствапредназначенного для воспроизведения сигналов. Радиоприемники можно классифицироватьпо ряду признаков, из которых основными являются: тип схемы, вид принимаемыхсигналов, назначение приемника, диапазон частот, вид активных элементов,используемых в приемника, тип конструкции приемника.
Потипу схем различают приемники детекторные, прямого усиления (без регенерации ис регенерацией), схерхрегенеративные и супергетеродинные приемники, обладающиесущественными преимуществами перед приемниками других типов и широкоприменяемые на всех диапазонах приемников.
Принимаемыесигналы служат для передачи сообщений или измерения положения и параметровотносительного движения объектов. Сигналы могут передавать сообщения от одногоисточника или нескольких. Для передачи информации используется изменение одногоиз параметров сигнала по закону изменения информационного сигнала.Используются: непрерывные колебания с изменяемой (модулированной) амплитудой,частотой или фазой; колебания, скачкообразно изменяемые (манипулированные) поамплитуде, частоте, или разности фаз; колебания с изменяемой амплитудой, частотойили фазой, которые обусловлены видеоимпульсами с амплитудной, широтной,временной, или дельта-модуляцией, а также кодовыми группами видеоимпульсов.
Поназначению различают приемники связные, радиовещательные, телевизионные,радиорелейных и телеметрических линий, радиолокационные, радионавигационные идругие. Связные радиоприемники чаще всего служат для приема одноканальныхнепрерывных сигналов с АМ (с несущей и боковыми полосами), ОБП (однополосной) иЧМ или дискретных сигналов с амплитудной манипуляцией, частотной или фазовой.Радиовещательные приемники (монофонические) принимают одноканальные непрерывныесигналы с АМ на длинных, средних и коротких волнах и с ЧМ на ультракороткихволнах. Приемники черно-белых телевизионных программ принимают непрерывныесигналы с АМ и частичным подавлением одной боковой полосы частот и звуковыесигналы с ЧМ. Приемники цветных телевизионных программ принимают также сигналы,создающие цветное изображение. Приемники оконечных станций радиорелейных ителеметрических линий обычно предназначены для приема и разделения каналовмногоканальнальных сигналов с частотным и временным уплотнением.
Приемникипромежуточных станций радиорелейных линий (наземных и спутниковых) отличаютсяот приемников оконечных станций тем, что в них не происходит разделениямногоканальных сигналов.
Импульсныерадиолокационные приемо-передающие станции обычно излучают зондирующиерадиоимпульсы с фиксированными периодами следования, длительностью импульсов,амплитудой и несущей частотой. Приемники таких станций служат для приема частиэнергии зондирующих сигналов, отраженной от целей. Отраженные сигналы могутбыть импульсными или непрерывными, причем информация о целях может содержатьсяв изменении во времени амплитуды (или отношения амплитуд) и частоты (илиспектре) сигналов.
Согласнорекомендации МККР (Международного консультативного комитета по радио) спектррадиосвязи делится на диапазоны. Наиболее широко распространенные приемникиработают в диапазоне 30кГц – 300ГГц (на волнах 10км – 1мм).
Вкачестве активных элементов каскадов приемников, работающих на частотах 30кГц –300МГц, используются полупроводниковые приборы и электронные лампы.Предпочтение отдается полупроводниковым приборам благодаря их преимуществам(малые габаритные размеры и масса; низкие напряжения и токи питания; большойсрок службы и механическая прочность). Состояние отечественнойполупроводниковой и радиоприемной техники позволяет успешно преодолетьнедостатки транзисторов (большой разброс и зависимость параметров от частоты,режима и температуры; низкие входные и выходные сопротивления; наличиевнутренней обратной связи) и использовать их во всех каскадах приемниковупомянутого диапазона без ухудшения работы приемников. Лампы применяются лишь внекоторых специальных приемниках и на более высоких частотах.
Приемникиконструктивно выполняются из отдельных (навесных) активных и пассивныхэлементов с печатным или объемным монтажом или из готовых интегральныхмикросхем, представляющих собой каскады, узлы приемников и даже целыеприемники.
Проектированиерадиоприемников выполняется согласно техническому заданию. Обычно в техническомзадании указываются: общие требования, требования к электрическиххарактеристикам (диапазон принимаемых частот, чувствительность,избирательность, качество воспроизведения сигналов, определяемое частотными,нелинейными и фазовыми искажениями, а также искажениями импульсных сигналов;данные входов и выходов радиоприемника; параметры ручных и автоматическихрегулировок; излучение напряжения гетеродина в антенну, которое характеризуетэлектромагнитную совместимость и так далее), конструктивные, механические,климатические, экономические, эксплуатационные требования (надежность).Приводится также методика измерения электрических характеристик, климатическихи механических испытаний.
1. Выбор иобоснование технических требований к устройсву.
F –излучение с частотной модуляцией
3– один канал аналоговой информации
Е– телефония (включая звуковое вещание)
Н– звук радиовещательного качества (стереофонический или квадрофонический).
Реальнаячувствительность – 25 мкВ.
Избирательностьпо соседнему каналу – 90 дБ.
Избирательностьпо зеркальному каналу – 50 дБ.
Коэффициентрегулирования АРУ – 60 дБ.
Поданным коэффициента регулирования g выберем параметры АРУ а и р, где
/>(дБ) (1.1)
/>(дБ) (1.2)
/>(дБ) (1.3)
Выберема=70дБ, тогда по формуле (3) р=10дБ.
Частотнаямодуляция используется как правило при передаче сигнала на УКВ. Исходя из этоговозьмем для расчета диапазон УКВ с частотами [65.8 — 108] МГц.
ГОСТнакладывает требования к стереосигналу, они приведены в таблице:Диапазон воспроизводимых частот, Гц 31,5… 15000 Частота поднесущей, кГц 31,25 Коэффициент подавления несущей 5 Переходной затухание между стереоканалами, дБ >30 Полоса частот, занимаемая передачей в эфире, кГц 190 Минимально допустимая ширина полосы пропускания, кГц 165 Ухудшение шумовых свойств по сравнению с моноприемом, дБ 25 Возможность использования в телевидении Есть
Таб. 1.
Примечание:Характеристики даны при девиации несущей +(-)50кГц.
Такиепараметры, как: мах модулирующая частота, полоса частот, занимаемаярадиосигналом в эфире принимаем из таб.1.
Исходяиз приведенных данных получаем технические требования к устройству.
2.Выбор и расчет структурной схемы РПрУ.
Проектирование приемника осуществляют потехническому заданию, в котором отражены его основные показатели. Однако втехническом задании отсутствует ряд требований, относящихся к отдельным каскадами цепям приемника. Эти дополнительные требования можно получить на основепредварительного расчета, которому должен предшествовать выбор транзисторов.
Привыборе структурной схемы нашего приемника будем основываться на требованияхзадания по курсовому проектированию и требованиям ГОСТов.
Структурные схемы приемниковразличаются построением тракта радиочастоты, в котором может осуществлятьсяпрямое усиление входных сигналов и усиление их с преобразованием частоты.
В приемниках прямого усиления тракт радиочастотысодержит входную цепь (ВЦ) и усилитель поступающего с антенны радиосигнала –так называемый усилитель радиосигнала (УРС). В этом случае все резонансные цепинастроены на частоту принимаемого радиосигнала, на которой и осуществляетсяусиление. Входная цепь обеспечивает предварительную частотную селекцию допервого каскада УРС, а сам УРС – основную частотную селекцию и додетекторноеусиление сигналов. Резонансные контуры ВЦ и УРЧ перестраиваются в пределахнужного диапазона рабочих частот. Так как обычно необходимы высокаяизбирательность и усиление, то может потребоваться несколько усилительныхкаскадов и резонансных контуров. Из-за конструктивной сложности реализацииперестройки число контуров редко превышает 3...4. При этом усиление нарадиочастоте может оказаться неустойчивым, а селективность недостаточной.
Для уменьшения числа усилительных каскадов иупрощения конструкции в тракте радиочастоты приемников прямого усиленияиспользуются регенеративные и суперрегенеративные усилители. В приемнике с регенеративнымусилителем за счет положительной обратной связи в резонансный контур вноситсяотрицательное сопротивление, частично компенсирующее потери в нем, чтоувеличивает коэффициент усиления. Однако такие приемники обладают невысокойустойчивостью, так как работают в режиме близком к самовозбуждению. При этомвозможно проникновение генерируемых колебаний в антенну, а их излучение ведет кусилению помех другим приемником, что крайне нежелательно с точки зренияэлектромагнитной совместимости.
В суперрегенеративном приемнике положительнаяобратная связь с УРС периодически изменяется с некоторой вспомогательнойчастотой, значительно превышающей частоту модуляции сигнала.Суперрегенеративному приемнику, как и регенеративному, свойственны искажениясигналов и интенсивные паразитные излучения, что не отвечает требованиямэлектромагнитной совместимости. Их достоинством является малая мощностьисточников питания при минимальных размерах и массе. Поэтому подобная структураиспользуется для портативных приемников, допускающих большой уровень искажений.
Наибольшее распространение для подавляющегобольшинства радиосистем различного назначения получила супергетеродиннаяструктура приемника с одно- или многократным преобразованием частоты (рис.2.1).
Часть приемника – преселектор, включающий ВЦ иУРС, подобен структуре приемника прямого усиления и обеспечиваетчувствительность и предварительную селекцию по частоте. С выхода преселекторанапряжение сигналов и помех поступает на преобразователь частоты (ПЧ), гдепроисходит изменение несущей частоты сигнала />
/> />
Рис.2.1. Структурная схемаприемника супергетеродинного типа
Для этого сигнал и колебания местного генератора — гетеродина (Г)одновременно воздействуют на смеситель (См), представляющий собой нелинейныйили параметрический элемент.
В результате на выходе смесителя возникает колебание, содержащие
составляющие с частотой сигнала /> и его гармоник, гетеродина />и его гармоники большое число комбинационных составляющих с частотами /> (n,m=0,1,2...- целыечисла). Одна из этих комбинационных частот и используется в качестве новойнесущей частоты выходного сигнала, называется промежуточной частотой:
/> (2.1)
Поскольку сигнал несет в себе полезную информацию, впроцессе преобразования частоты эта информация должна сохраняться, то есть ПЧдолжен быть линейным. Таким образом, в процессе преобразования частотыпроисходит перенос спектра сигнала в область промежуточной частоты безнарушения амплитудных и фазовых соотношений его составляющих.Частотно-избирательные блоки, расположенные за смесителем, настроены на частоту/> иназываются усилителями сигналов промежуточной частоты (УСПЧ). Промежуточнаячастота /> всегдафиксирована, не зависит от частоты принимаемого сигнала /> и выбирается намногониже частоты сигнала. Поэтому на частоте /> легко обеспечить требуемоеустойчивое усиление. Так как УСПЧ не перестраивается по частоте, то этопозволяет получить в супергетеродинном приемнике высокую частотнуюизбирательность при неизменной полосе пропускания, а также реализоватьоптимальную фильтрацию сигнала от помех, применяя согласованные фильтры напромежуточной частоте. Таким образом, в супергетеродинном приемнике устраняютсяосновные недостатки приемника прямого усиления.
Наиболеечасто, ввиду своих достоинств, применяется супергетеродинная схема.
Разрабатываемыйприемник работает в диапазоне УКВ, с частотной модуляцией.
2.1.Определение ширины полосы пропускания ВЧ тракта.
Полосапропускания высокочастотного тракта без системы АПЧ определяется формулой:
/>, (2.2)
где /> -ширина спектра принимаемого сигнала, Dfсп=190 кГц,
dс ,dг — относительная нестабильность несущей частотысигнала dс=0 и частоты гетеродина,dг=10-3(гетеродина по схеме с общимэмиттером, без кварцевой стабилизации),
dпр=10-3,относительная нестабильность собственной частоты контуров тракта ПЧ приемника,
dн=10-3,относительная погрешность установки при беспоисковой настройке,
Fдмах=0, махдоплеровский сдвиг частоты (считаем приемник не передвигается с большойскоростью).
Fпр=10.7 МГц, промежуточная частота. Онабудет определена и выбрана ниже, также будет доказано, что достаточно одногопреобразователя частоты для обеспечения требований связанных с избирательностьюпо зеркальному каналу.
Подставляяприведенные данные в (4) получим,
Пf»400кГц
Длярешения вопроса о необходимости применения АПЧ вводим коэффициент расширенияполосы пропускания:
/> (2.3)
Таккак />, тоцелесообразно применение системы АПЧ. В этом случае необходимую полосупропускания приемника находим по следующей формуле:
/> (2.4)
гдеКЧАП – коэффициент подстройки системы ЧАП, КЧАП=15,
/>
2.2разбивка рабочего диапазона на поддиапазоны
Выборспособа разбивки диапазона частот приемника на поддиапазоны определяетсяследующими факторами:
А)классом приемника, назначением, условиями экспулатации;
Б)диапазоном рабочих частот и способом перестройки приемника поддиапазоне;
В)видом системы установки и индикации частоты настройки.
Вцелях унификации аппаратуры примем предопределенные решением ГКРЧ от 27.06.95Протокола №6 поддиапазоны принимаемых частот таб.1. На вопрос о практическойреализуемости КД=1.22, с помощью варикапов можно обеспечить КДпорядка 1.2 – 1.6. Название поддиапазона Диапазон частот, МГц
КД УКВ-1 65.8 – 74 1.109 УКВ-2 88 – 108 1.22
Таб.1
2.3 Расчет параметров АРУ
Принимаем схему АРУ, в которой регулировка усиленияпроизводится путем изменения тока эмиттера.
Принимаемстепень изменения коэффициента усиления одного регулируемого каскада Л=10 раз.
Требуемоеизменение коэффициента усиления приемника под действием АРУ нам задано Лм=60дБ
Необходимоечисло регулируемых каскадов
/> (2.5)
Количестворегулируемых каскадов принимаем равным 3.
2.4Выбор транзисторов и расчет их параметров
Выбортранзисторов для высокочастотного тракта приемника необходимо производить изследующих соображений:
1) превышениепредельной частоты усиления fг в несколько раз (5 — 10) посравнению с максимальной рабочей частотой транзистора в данной конструкции:
2) наличиепараметров обеспечивающих выполнение заданных требований;
3) минимальнаястоимость.
Вкачестве усилительного элемента пригоден транзистор КТ399, его параметрыприведены в таб.2.
Ск, пФ
tк, пс
h21э
fг, ГГц
Uэрли, В
Кш, дБ 1.7 8 100 1.8 100 2
Таб.2.
Выбираемрежим работы транзистора, при котором Ik=3.5мА, при данном значении оптимальный коэффициент шума.
Дифференциальноесопротивление базы
/> (2.6)
Входноесопротивление БТ по схеме с ОБ
/> (2.7)
Определяемактивные и реактивные составляющие Y параметров на частоте fmax=108 МГц.
Дляэтого предварительно находим вспомогательные коэффициенты
/> (2.8)
/> (2.9)
/> (2.10)
Выходнаяполная проводимость в режиме полного сигнала (в схеме с ОБ)
/> (2.11)
Активнаясоставляющая выходной полной проводимости Y22
/> (2.12)
Полнаяпроводимость прямой передачи
/> (2.13)
гдеjк=0.26 мВ – температурный потенциал.
Посколькутранзистор работает с большим запасом по частоте, то за коэффициент усиления нарабочей частоте можно принять />, докажем это
/> (2.14)
Выходнаяемкость
/> (2.15)
Полнаяпроводимость обратной передачи
/> (2.16)
Емкостьобратной связи
/> (2.17)
Посколькутранзистор работает с большим запасом по частоте, то входную емкость определимпо формуле
/> (2.18)
Расчетпараметров на ПЧ производим по формулам 2.8 – 2.18, результаты расчетаприведены ниже.
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Впараметры транзистора в режиме преобразования
/> (2.19)
/> (2.21)
/> (2.22)
/>
/>
2.5Выбор промежуточной частоты
Величинапромежуточной частоты (ПЧ) выбирается из следующих соображений:
1) ПЧ не должнанаходиться в диапазоне частот приемника или близко от границ этого диапазона;
2) ПЧ не должнасовпадать с частотой какого либо мощного передатчика;
3) Для полученияхорошей фильтрации ПЧ на выходе детектора должно выполняться следующее условие:
/> (2.23)
4) С увеличением fпр:
- увеличиваетсяизбирательность по зеркальному каналу (ЗК);
- уменьшаетсяизбирательность по соседнему каналу (СК);
- уменьшаютсявходное и выходное сопротивление электронных приборов, что приводит кшунтированию контуров, а также понижается крутизна характеристики транзисторов;
- ухудшаетсяустойчивость УПЧ;
- уменьшаетсявредное влияние шумов гетеродина на чувствительность приемника;
- облегчаетсяразделение трактов ПЧ и НЧ;
- увеличиваетсянадежность работы АПЧ и так далее.
Суменьшением fпч свойства описанные в п. 4,становятся диаметрально противоположными.
Применениедвукратного преобразования частоты позволяет использовать достоинства высокой инизкой ПЧ, однако при этом происходит значительное усложнение схемы.
Исходяиз выше сказанного, выбираем схему с однократным преобразованием частоты,причем ПЧ ниже минимальной частоты принимаемого сигнала – нижнеепреобразование.
МСЭ– Р рекомендуются несколько значений fпр, намподходит одна из них fпр=10.7МГц, докажем это.
Наихудшаяизбирательность по зеркальному каналу будет на верхней частоте диапазонапоэтому произведем доказательство только для нее.
Реализациясхемы с одним преобразованием частоты возможна при выполнении условия
/> (2.24)
Оновыполняется 526.829
Выбираемfпч исходя из следующего условия:
/> (2.25) где
/> (2.26)
/> (2.27)
Исходяиз полученного и получаем fпч=10.7 (МГц)
2.6Определение типа, параметров и числа избирательных систем настроенных начастоту принимаемого сигнала
Вприемниках супергетеродинного типа ТРЧ обеспечивает:
— избирательностьпо ЗК;
- избирательностьпо ПЧ;
- ослабление помехстанций способных вызвать появление в преобразователе перекрестной модуляции
Определяеммаксимально допустимую добротность контуров, обеспечивающую заданное ослаблениена краях полосы пропускания
/> (2.28)
гдеf’min — минимальная частота поддиапазона,кГц;
П– ширина полосы пропускания, кГц;
nc – число одиночных избирательных систем настроенных на частотупринимаемого сигнала, возьмем nc=2;
sП –ослабление на краях полосы пропускания, sП=2(6дБ).
Необходимаядобротность Qи обеспечивающая заданную избирательность позеркальному каналу при применении индуктивной связи с антенной
/> (2.29)
где fзмах=f’max-2fпр – максимальная частота зеркальногоканала;
f’max – максимальная частота поддиапазона,кГц;
fпр – промежуточная частота, кГц;
sз –избирательность по зеркальному каналу, sз=316.22;
Возможнаяэквивалентная конструктивная добротность контура (с учетом шунтирования контуратранзистором y=0.8)
/> (2.30)
где Qk – конструктивная добротностьконтура, Qk=150.
Проверяемвыполнение условия:
/>
Изполученных ранее значений видно, что оно выполняется, в этом случае примемэквивалентную добротность контура немного больше Qu. Принимаем число контуров nc=2 (одноконтурная входная цепь ирезонансный УРЧ), и эквивалентное качество контура Qэмах=65 (на максимальной частоте поддиапазона), при этомобеспечивается требуемое ослабление на краях полосы пропускания иизбирательность по ЗК лутше заданной.
Находимэквивалентную добротность контура на нижней частоте поддиапазона.
/> (2.31)
Таккак Qэmin=83.48
Длякрайних точек поддиапазона f’min, f’maxопределяем:
a) вспомогательныекоэффициенты:
/> (2.32)
гдеΔfс – растройка, прн которой задана избирательность пососеднему каналу, Δfс=300кГц.
/> (2.33)
/> (2.34)
/> (2.35)
б)зеркальные частоты
/> (2.36)
/> (2.37)
в)избирательность по соседнему каналу на максимальной частоте
/> (2.38)
наминимальной частоте
/> (2.39)
г)ослабление на краях полосы
/> (2.40)
/> (2.41)
д)избирательность по зеркальному каналу
/> (2.42)
/> (2.43)
Таккак σз min=69.72> σз max=56.62> σз=50 дБ,исходные данные выполнены.
е)избирательность по промежуточной частоте
/> (2.44)
2.7 определение типа и числа избирательных системнастроенных на промежуточную частоту
Избирательность пососедним каналам в основном реализуется в тракте промежуточной частоты, спомощью сложных избирательных систем. В качестве избирательных систем в ТПЧбудем применять пьезокерамические фильтры (ПКФ) типа ФП1П-049Б (полосапропускания по уровню 6дБ – (200-280)кГц), обладающие по сравнению с ФССследующими достоинствами:
- малая критичность к изменениюнагрузочных сопротивлений позволяет подключать их к базе транзисторовнепосредственно;
- постоянство ЧХ;
- небольшие размеры, вес;
- технологичность изготовления.
Определимослабление на краях полосы пропускания σпу и избирательность пососеднему каналу σcу, которые должен обеспечить ТПЧ:
/> (2.45)
/> (2.46)
где σпи σс – ослабление и избирательность, заданная для ВЧ трактаприемника;
σпmax, σcmin – ослабление на краях полосы пропускания иизбирательность по соседнему каналу ТПЧ в наихудших точках всех поддиапазоновприемника.
Поскольку фильтрФП1П-049Б обеспечивает избирательность 26дБ, то для получения требуемойселекции СК будем использовать 3 таких фильтра. Общая избирательность 72 дБ.Недостающие 16 дБ способны дать широкополосные колебательные контурасогласующие преобразователь частоты и ПКФ, УПЧ и ПКФ.
Определяемтребования по избирательности σсш и ослабление на краях полосыпропускания σпш для широкополосного контура
/> (2.47)
/> (2.48)
где σфп=4дБ– ослабление на краях полосы пропускания ПКФ;
σфс=72дБ– избирательность по соседнему каналу обеспечиваемая ПКФ.
Допустимаядобротность контуров обеспечивающая заданное ослабление на краях полосыпропускания
/> (2.49)
Необходимаядобротность
/> (2.50)
Возможнуюэквивалентную добротность определим по формуле (2.30), приняв Qk=75, Ψ=0.17
/>
Эквивалентнуюдобротность контура принимаем равной Qэквmax=50 (чтобы выполнялось условие />).
Находимвспомогательные коэффициенты
/> (2.52)
/> (2.53)
Избирательность пососеднему каналу
/> (2.54)
Ослабление накраях полосы пропускания
/> (2.55)
Ослабление накраях полосы пропускания ВЧ тракта приемника
/> (2.56)
Избирательность пососеднему каналу
/> (2.57)
2.8 Выбор числа и типов усилительных каскадов
Определимтребования к коэффициенту шума первого усилительного каскада преселектора,остальными мы пренебрегаем виду малого оказываемого ими влияния.
/> (2.58)
где /> — входное отношениесигнал помеха, его нужно иметь таким для обеспечения работы частотногодетектора в надпороговом режиме и получения выигрыша;
Е – реальнаячувствительность заданная в единицах напряженности вТЗ;
К=1.38·10-23Дж/град – постоянная Больцмана;
Пш»1.1·П=225.5кГц – шумовая полоса линейного тракта;
Т0=293К – стандартная температура приемника;
RA»50 Om;
EП=1мкВ/м– средний уровень помех днем;
Из справочника пографикам для КТ399 находим Кш@0.1(дБ)=1.012.
Требуемое усилениелинейного тракта находим как
/> (2.59)
где Uупч=0.1 В, напряжение на выходе последнего каскада УПЧ;
Еа=25мкВ/м– заданная по ТЗ чувствительность;
hд –действующая высота антенны, находится по формуле для несимметричного вибратора
/> (2.60)
где l=4.68 м – длинна волны сигнала;
l=1 м – длинна телескопической антенны.
Посколькукоэффициент усиления каскада, с точки зрения устойчивой работы, не может бытьбольше устойчивого коэффициента усиления, то коэффициент усиления каскадапримем равным устойчивому коэффициенту усиления на максимальной рабочейчастоте.
При использованиитранзистора КТ399, он нам подходит по коэффициенту шума, в УРЧ его коэффициентусиления составит
/> (2.61)
где S –крутизна ВАХ, мА/В;
f’max – максимальная рабочаячастота, МГц;
Ск –емкость перехода коллектор-база, пФ.
Коэффициентусиления ПЧ рассчитываем по (2.61).
/>
Для каскада УПЧкоэффициент усиления так же рассчитываем по (2.61).
/>
Общее усиление додетектора
/> (2.62)
где Квц=0.5– коэффициент передачи входной цепи;
nурч=1, nупч=3 – количество каскадов в УРЧ и УПЧ соответственно,для начала зададимся приведенными цифрами.
Поскольку К0min
Коэффициентусиления выбран с запасом по следующим причинам:
1. Уменьшение коэффициента усиления в результатестарения элементов;
2. В предварительном расчете не учитывались затуханиявносимые избирательными системами, стоящими в тракте ПЧ;
3. Уменьшения напряжения источника питания питания врезультате эксплуатации;
4. Необходимость учесть расстройку контуров.
2.9 Анализ предварительного расчета
На основаниипредварительного расчета составляем структурную схему рис.2.2. Результатырасчета сведены в таб.3, там же приведены параметры которые должен обеспечитьприемник.Параметр Заданный в задании Полученный в результате расчета Чувствительность мкВ/м 25 Избира-тельность СК 50 69.72 ЗК 90 90.51 ПЧ 92.17 Диапаз. приним. частот 65.8 – 108 Количество каскадов УРЧ 1 УПЧ 3 Охв. АРУ 3
Таб3.
/>
Рис2.2.
3. Электрический расчет.
3.1 Расчет одноконтурной входной цепи в режимеудлинения
Принципиальнаясхема приведена на рис3.1.
/>
Рис3.1.
Особенностьюданной схемы является встречно-последовательное включение варикапов 2В105А иприменение в качестве коммутирующего элемента p-i-nдиода типа 2А510.
Параметры варикапаприведены в таблице 3.1.Тип варикапа
Сmax пФ
Сmin пФ
Qv 2В105А 600 400 500
Таб.3.1
За счетвстречно-последовательного включения средняя емкость варикапов изменяетсязначительно меньше, чем при использовании одного варикапа, к тому жеобеспечивается компенсация четных гармоник.
С помощью p-i-nдиода происходит подключение конденсатора С2, который обеспечиваетпереключение диапазона частот.
Схема работает врежиме удлинения, это обеспечивается путем подключения параллельно Lсв “удлиняющей емкости”, в нашем случае это паразитнаяемкость антенны. При этом обеспечивается более равномерный коэффициент передачипо диапазону.
Находимминимальную емкость контура
/> (3.1)
где Сmin – минимальная емкость варикапа;
Сm=8 пФ – емкость монтажа;
C1=2 пФ –межвитковая емкость катушки;
Cвхсл=11.8пФ – входная емкость следующего каскада;
м=0.5 –коэффициент включения первого усилительного каскада в контур.
Припоследовательном включении варикапов общую емкость находим как
/> (3.2)
/> (3.3)
Найдем дляпроверки выполнения условий предварительного расчета коэффициент перекрытиядиапазона
/> (3.4)
По формуле 3.1получим />
Индуктивностьконтура
/> (3.5)
где f0max=108 МГц – максимальная частота принимаемого сигнала;
Частота антенногоконтура
/> (3.6)
где Кудл=0.5– коэффициент удлинения;
f0min=65.8 МГц – минимальнаячастота принимаемого сигнала.
Индуктивностькатушки связи
/> (3.7)
где Са=28пФ– емкость антенны.
Далее расчет будемвести для шести частот (65.8, 69.4, 72.5, 89, 98, 108), результаты сведем втаблицу 3.2.
Находим емкостьконтура необходимую для настройки на приведенные частоты.
/> (3.8)
Величину емкости С2найдем как (472.7-213)пФ=259.7пФ.
Конденсатора такойемкости нет, для получения необходимой емкости соединяем параллельноконденсаторы 240 и 20пФ.
Трансформирующиймножитель
/> (3.9)
Сопротивлениепотерь катушки связи
/> (3.10)
где QL1=30 –добротность катушки связи.
Сопротивлениепотерь антенной цепи
/> (3.11)
где Rа=73 Ом – сопротивление антенны.
Волновоесопротивление контура
/> (3.12)
Сопротивлениепотерь контура
/> (3.13)
где Qкк=150 – конструктивная добротность контура
Показатель связиантенны с контуром
/> (3.14)
Коэффициентрасширения полосы пропускания
/> (3.15)
Эквивалентнаядобротность контура
/> (3.16)
Коэффициентпередачи входной цепи
/> (3.17)
Избирательность позеркальному каналу
/> (3.18)
где /> - абсолютнаярастройка;
/> - частотазеркального канала.
Избирательность поканалу прямого прохождения
/> (3.19)
Недостающую избирательность по зеркальному каналу обеспечит УРЧ. F МГц 65.8 69.4 72.5 89 98 108
Cк пФ 573.8 515.9 472.7 313 258.7 213
аа 0.01 0.01 0.0097 0.009 0.0087 0.0085
RL1 Ом 11.3 11.9 12.52 15.37 16.93 18.05
Rац Ом 84.3 84.9 85.52 88.37 89.93 91.65 r Ом 4.21 4.44 4.63 5.69 6.27 6.91
Rk Ом 0.036 0.038 0.04 0.049 0.054 0.06
Аа 4.02 4.49 4.9 6.88 7.86 8.89
Da 1.24 1.22 1.204 1.145 1.127 1.112
Qэ 92.47 94.4 95.82 100.74 102.36 103.71
К0 0.479 0.474 0.469 0.454 0.449 0.445
Sзк дБ 37.45 37.05 36.7 34.98 34.145 33.29
Sпч дБ 54.85 55.53 56.05 58.33 59.33 60.31
Таб 3.2
3.2 Расчет усилителя радиочастоты
принципиальнаясхема приведена на рис3.2.
/>
Рис3.2.Принципиальная схема УРЧ
Комбинированнаясвязь позволяет выровнять коэффициент передачи в пределах поддиапазона.
В контуре УРЧ также применяем встречно-последовательное соединение варикапов. Как и в предыдущемслучае Сvmin=200пФ, Сvmax=300пФ.
Находимминимальную емкость контура
/> (3.20)
где м1, м2 –коэффициенты включения предыдущего и последующего каскадов в контурсоответственно м1=м2=0.23;
Спосл=11пФ– входная емкость преобразователя частоты;
Спред=2.79пФ– выходная емкость УРЧ;
С6=5.1пФ– добавочная емкость, служащая для выравнивания величин катушек индукцивностиконтуров ВЦ и УРЧ;
См=8пФ– емкость монтажа.
Индуктивностьконтура
/> (3.21)
Находимсобственную частоту коллекторной цепи
/> (3.22)
где n=2 – коэффициент удлинения.
Определяеминдуктивность катушки связи
/> (3.23)
Значение С3выбираем так, чтобы индуктивности L1, одного порядка с L2, С3=1нФ.
Найдем емкостьконтура необходимую для настройки УРЧ на частоты приведенные в таб 3.2. Так жекак и в предыдущем пункте, результаты расчетов сведем в таб 3.3
/> (3.24)
Величину емкости С8найдем как 476.7-214.8=261.9 пФ.
Посколькуконденсатора такой величины нет, то для получения необходимой емкости соединяемпараллельно конденсаторы 240 и 20 пФ.
Параметр связи р0выбираем из следующих условий:
1) Обеспечение устойчивой работыкаскада;
2) Увеличение затухания колебательного контура не болеечем на 25%;
3) Смещение настройки контура не более чем на половинуполосы пропускания;
4) Обеспечение требуемого коэффициента усиления.
Согласно первомуусловию параметр связи:
/> (3.25)
где Gпосл=0.96мСм – входная проводимость преобразователячастоты;
Cпр=1.7пФ– проходная емкость транзистора;
Согласно второмуусловию
/> (3.26)
где Gкэ=43.7мСм – внутренняя проводимость транзистора;
Посколькукоэффициенты включения малы, а необходимое изменение емкости контура, нужноедля перестройки по частоте, значительно больше возможного значения входных ивыходных емкостей транзисторов, то третье условие можно опустить.
Согласночетвертому условию
/> (3.27)
где Gпред=57.6мкСм – выходная проводимость УРЧ;
к0=5.38– требуемый от УРЧ коэффициент усиления.
Из всех полученныхзначений выбираем наименьшее, р0=0.216.
Находим проводимостьнагрузки
/> (3.28)
Рассчитываемкоэффициент взаимоиндукции М и емкость связи С5, обеспечивающиепостоянства коэффициента усиления на крайних частотах поддиапазона.
Вспомогательныекоэффициенты
/> (3.29)
где Gнmax, Gнmin – проводимостьнагрузки в конце и в начале поддиапазона соответсвенно.
/> (3.30)
/> (3.31)
где f –значение частоты, при которой определено значение параметра р.
/> (3.32)
Принимаем С5=300пФ.
Находимкоэффициент связи
/> (3.33)
Коэффициентусиления по напряжению
/> (3.34)
Устойчивыйкоэффициент усиления транзистора по схеме с ОЭ
/> (3.35)
В любой точкеподдиапазона, для предотвращения самовозбуждения, коэффициент устойчивогоусиления должен быть больше коэффициента усиления, обеспечиваемого УК, проверимвыполнение этого условия на верхней частоте диапазона
/>
/>
Условиевыполняется следовательно усилитель будет работать устойчиво.
Находимэквивалентную добротность контура
/> (3.36)
Рассчитываемизбирательность усилителя.
Для одноконтурногоусилителя величину избирательности можно определить по следующей формуле
/> (3.36)
где f0– частота принимаемого сигнала;
f – частота помехи, для зеркального канала f=f0-2·fпр, дляканала прямого прохождения f=fпр.
Определимизбирательность по побочным каналам, обеспечиваемую ВЦ и УРЧ.
/> (3.37)
Посколькурассчитанная избирательность больше чем заданная ТЗ, то расчет произведенверно.
f0, МГц 65.8 69.4 72.5 89 98 108
Сk, пФ 578.7 520.3 476.7 316.3 260 214.8
р01 0.216 0.236 0.253 0.34 0.385 0.436
р02 3.313 3.72 4.061 6.024 7.165 8.49
р04 1.119 1.222 1.309 1.758 1.996 2.258
Gk, мСм 2.134 2.026 1.941 1.591 1.449 1.32
Qэ 112.1 111.94 111.81 111.11 110.7 110.31
Dзк, дБ 34.86 38.73 41.322 50 53.06 55.169
Dпч, дБ 61.07 60.76 60.54 59.76 59.49 59.169
Dобзк, дБ 72.31 75.78 78.02 84.98 87.205 89.094
Dобпч, дБ 115.92 116.3 116.59 118.09 118.82 119.479
Таб 3.3
Определяемэлементы схемы питания и цепей фильтрации.
Сопротивлениетермокомпенсации R3
/> (3.38)
где R4=910(Ом) – сопротивление фильтра (этим значением мызадаемся);
Uк=8В –напряжение Uкэ ввыбранной рабочей точке.
Принимаем R3=240(Ом).
Находим величину сопротивлениярезистора R1
/> (3.39)
где V=3– коэффициент нестабильности схемы;
Принимаем R1=2.7кОм
Находим величинусопротивления резистора R2
/> (3.40)
Принимаем R2=620(Ом)
Емкость в цепиэмиттера С2 равна
/> (3.41)
Принимаем С2=820пФ.
Определяем входноесопротивление УРЧ
/> (3.42)
Разделительнуюемкость С1 найдем как
/> (3.43)
Принимаем С1=62пФ.
3.3 Расчет преобразователя частоты
Выбираем схему сотдельным гетеродином и общим эмитером, принимаемый сигнал будем подавать набазу, а колебание гетеродина в эмиттер.
Этим достигаетсяобеспечение меньшей взаимной связи между цепями гетеродина и сигнала, а такжеобеспечивается более высокая стабильность частоты. Связь гетеродина и смесителя– трансформаторная. Нагрузкой преобразователя является ПКФ. Согласованиетранзистора смесителя с ПКФ осуществляется через широкополосный контур С2,L1.Дроссель L5создает протекание тока через p-i-n диод VD3. Принципиальная схема приведена на рис3.3.
/>
Рис 3.3
Определяемкоэффициент шунтирования контура выходным сопротивлением транзистора и входнымсопротивлением фильтра, допустимый из условия обеспечения требуемогокоэффициента усиления:
/> (3.44)
где кт=3.2– требуемое усиление;
Sпр=55мА/В– крутизна ВАХ транзистора VT1;
Rвыхпр=30.8кОм– выходное сопротивление VT1;
sвн=3.16 раз – затуханиевносимое фильтром.
Определяемконструктивное и эквивалентное затухание широкополосного контура
/> (3.45)
где Qэ=28 – добротность широкополосного контура, Qэш=28
/> (3.46)
Определяемхарактеристическое сопротивление контура, принимая коэффициент включения в цепиколлектора m1=1
/> (3.47)
Определяемкоэффициент включения в контур со стороны фильтра
/> (3.48)
где Rвхф=330 Ом – входное сопротивление ПКФ.
Эквивалентнаяемкость схемы
/> (3.49)
Емкость контура
/> (3.50)
где Свыхпр=2.79пФ– выходная емкость транзистора преобразователя частоты.
Принимаем С2=220пФ.
Определяемдействительную эквивалентную емкость схемы
/> (3.51)
Индуктивностьконтура
/> (3.52)
Действительноехарактеристическое сопротивление
/> (3.53)
Резонансныйкоэффициент усиления преобразователя
/> (3.54)
Индуктивностькатушки связи с фильтром, приняв Ксв=0.4
/> (3.55)
Рассчитываемэлементы, определяющие режим работы транзистора и фильтров в цепи питания.
Положим рабочаяточка преобразователя та же, что и в УРС, расчет производим по формулам 3.38 –3.40, 3.42, 3.43.
R1=2.7(кОм)
R2=620(Ом)
R3=240(Ом)
R7=910(Ом)
Определяем входноесопротивление УРЧ
/> (3.56)
Разделительнуюемкость С1 найдем как
/> (3.57)
Принимаем С1=56пФ.
Расчетгетеродинной части.
Частоту гетеродинапринимаем ниже частоты сигнала. Покольку диапазон узок, а полоса приемникадовольно большая, то будем производить сопряжение только в одной точке, насредней частоте поддиапазона.
/> (3.58)
В связи с тем чтоконтур гетеродина будет работать в двух поддиапазонах, то в дальнейшем будемпроизводить расчет для двух поддиапазонов отдельно.
/>
/>
Эквивалентнаяемкость варикапа на средней частоте
/> (3.59)
/> (3.60)
где Сmin, Cmax – минимальная, максимальная емкости варикапов;
Cl=2пФ – емкость катушки индуктивности;
Cm=8пФ – емкость монтажа;
M3=0.2 –коэффициент включения транзистора VT2 в контур гетеродина;
C10=315.5пФ – емкость, служащая для переключения контура на другой поддиапазон.
Индуктивностьконтура гетеродина
/> (3.61)
где fгср=fср-fпч – средняя частота гетеродина
fсгр1=58.7(МГц)
fсгр1=83.3(МГц)
Величинасопротивления стабилизирующего эмиттерный ток, принимая Umemin=60мВ и Iэнач=1мА
/> (3.62)
Принимаем R6=680 Ом.
Полноесопротивление контура гетеродина при резонансе на максимальной частоте
/> (3.63)
/>
/>
Принимаемкоэффициент обратной связи ксв=0.4, уточняем коэффициент связи м3
/> (3.64)
/>
/>
/>
Определяемвеличины емкостей контура на максимальной частоте поддиапазона.
а) вспомогательныеемкости
С1в=10(пФ)
/> (3.65)
/> (3.66)
/> (3.67)
б) действительныеемкости контура
/> (3.68)
Принимаем С7=1.8нФ.
/> (3.67)
Принимаем С3=4.3нФ.
/> (3.68)
Принимаем С4=10пФ.
Задавшиськоэффициентами связи между катушками L3 и L4, m34=0.1 и kтк=0.3, получим
/> (3.67)
Определяемноминалы резисторов
/> (3.68)
Принимаем R4=10кОм.
/> (3.69)
Принимаем R5=1.1кОм.
/> (3.70)
Принимаем С9=С11=430пФ.
Величиныконденсаторов С6, С8, стоящие для предотвращения смещениярабочей точки варикапов, выбираем из условия минимального сопротивленияпеременному току на самой низкой частоте.
С6=С8=0.1мкФ.
3.4 Расчет тракта промежуточной частоты
Принципиальнаясхема усилителя промежуточной частоты представлена на рис3.4. В трактепромежуточной частоты будут использованы три полностью аналогичных каскада.
/>
Рис3.4
Находим величиныэлементов связи.
/> (3.71)
где к2=0.8– коэффициент связи
Wб=330 Ом– выходное сопротивление ПКФ.
/> (3.72)
Расчет элементов С2,L3,L4 можно произвести по формулам 3.44 – 3.45.
Результаты расчетасведены в таблицу 3.4.y r Ом
м2
С2 пФ
L3 мкГн
К0
L4 мкГн 0.663 112.36 0.138 130 1.66 17.019 0.19
Сопротивлениетермокомпенсации R3
/> (3.73)
Uк=8В –напряжение Uкэ ввыбранной рабочей точке.
Принимаем R3=1(кОм).
Находим величинусопротивления резистора R1
/> (3.74)
где V=3– коэффициент нестабильности схемы;
Принимаем R1=5.7кОм
Находим величинусопротивления резистора R2
/> (3.75)
Принимаем R2=3(кОм)
Емкость в цепиэмиттера С3 равна
/> (3.76)
Принимаем С3=620пФ.
Емкость С1=0.1мкФ из соображений минимального сопротивления на рабочей частоте.
3.5 Расчет частотного детектора
Особенностьюдетектора отношений (дробного детектора), приведенного на рис 3.5, является егоспособность к подавлению паразитной амплитудной модуляции, что позволяетиспользовать этот тип детектора без предварительного ограничения амплитудывходного сигнала. К тому же дробный детектор более чувствителен и требует навходе напряжения порядка 0.05 – 0.1 В. Благодаря этим свойствам детекторотношений нашел широкое применение в технике радиоприемных устройств.
/>
Рис 3.5
Определяеминдуктивность катушки L3, приусловии, что L1=0.849мкГн.
/> (3.77)
Находимконструктивные коэффициенты связи между индуктивностями L1 и L2, атакже L3 и L1.
/> (3.78)
где Qэ – эквивалентная добротность контуров.
/> (3.79)
где Q3=50 – добротность катушки L3.
Вычисляемсобственное резонансное сопротивление первичного контура.
/> (3.80)
где f0– промежуточная частота, f0=10.7МГц;
Qk=150 – добротность контура L1,C1.
Рассчитываемкоэффициент включения первичного контура в коллекторную цепь транзистора VT1
/> (3.81)
где R22, R11 –соответственно выходное и входное сопротивление транзистора, R22=17.3кОм, R11=728Ом.
Находим емкостиконденсаторов контуров
/> (3.82)
Принимаем С3=240пФ.
/> (3.83)
где Сd=0.5пФ – емкость диода.
Принимаем С6=240пФ.
Определяемвеличины емкостей нагрузки диодов
/> (3.84)
где Fв =47кГц – верхняя частота низкочастотного сигнала;
R6=R7=6.2кОм.
Принимаем С8=С9=С5=6.2нФ.
Находим емкостьэлектролитического конденсатора С10
/> (3.85)
Принимаем С10=33мкФ.
Вычисляем емкостьконденсатора С7 низкочастотного фильтра предыскажений
/> (3.86)
где tп=75мкс– постоянная цепи предыскажений;
Rвхсд=485Ом – входное сопротивление стереодетектора;
Cвхсд@0– входная емкость стереодетектора;
Принимаем С7=370нФ.
Максимальноеизменение постоянной времени цепи коррекции предыскажений при движениипотенциометра R8определяем следующим образом
/> (3.87)
где Rвхсд=970/2=485 Ом, Свхсд@0
Рассчитываемвеличину Uд0
/> (3.88)
где U1 – напряжение на контуре L2, C6, U1=0.1В
Определяем уголотсечки токов в режиме отсутствия частотно модулированного сигнала
/> (3.89)
где Sд=13мА/В – крутизна ВАХ диода.
Определяемвеличину напряжения на конденсаторе С10
/> (3.90)
Находим величинупараметра А
/> (3.91)
где /> - максимальная девиациячастоты.
Вычисляеммаксимальное значение Uд1max
/> (3.92) Определяем q1min
/> (3.93)
где R5=R8=10кОм;
xq@1.6 – поправочный множитель, согласно графику рис.6.4[4], при Rн=0.5кОм.
Находим выходноенапряжение при максимальном отклонении f от fпч
/> (3.94)
Рассчитываемнапряжение на входе транзистора VT1
/> (3.95)
Находимкоэффициент передачи всей схемы от входа транзистора VT1 до входаСД
/> (3.96)
Величину емкости С1найдем по формулам 3.42, 3.43, где Gпосл=1/Rвхсд= Ом;
/>
/>
Принимаем С1=470пФ.
3.6 Расчет системы АРУ
На рис 3.6приведена принципиальная схема АРУ.
/>
Рис3.6
Необходимыепределы регулирования системы АРУ, приведенной на рис3.6
/> (3.97)
Задаемсямаксимальной величиной тока коллектора регулируемых каскадов
/>
и величиной
/>
Коэффициентусиления регулируемых каскадов
/> (3.98)
при q=1(0дБ)– Крегmax=73.71(дБ);
при q=0.1(-20дБ)– Крегmin=13.71(дБ);
Пределырегулировки
/> (3.99)
Принимая R3=16 кОм определяем коэффициент управления.
/> (3.100)
В качестведетектора системы АРУ будем использовать транзисторный амплитудный детектор,расчет которого приведен ниже.
Определяемкрутизну детектирования
/> (3.101)
Выбираемсопротивление нагрузки детектора
/> (3.102)
Поскольку входноесопротивление операционного усилителя достаточно большая величина (100кОм), тосогласно формуле 3.102, Rк должениметь сопротивление порядка 500 кОм, при этом коэффициент передачи будет иметьогромную величину. Поэтому для предотвращения самовозбуждения амплитудного детектора,шунтируем выход АД сопротивлением R7=Rвхн=300Ом.
/> (3.103)
Коэффициентпередачи детектора
/>
Входноесопротивление амплитудного детектора
/> (3.104)
где а=4, b=0.25– вспомогательные коэффициенты.
Определяемсопротивление делителя R5задавшись R4=1кОм иUб0=0.4 В
/> (3.105)
Принимаем R5 равным 30 кОм.
Емкость С3найдем по формулам 3.56, 3.57.
/>
Принимаем С3=0.2мкФ.
Необходимыйкоэффициент усиления ОУ
/> (3.106)
Так как кус>1,то будем применять усиленную АРУ. В качестве УПТ примем ОУ типа К104УД1.
Для обеспечения временизамедления работы АРУ выбираем конденсатор
/> (3.107)
где tа=0.1сек – постоянная времени цепи АРУ.
Выбираем С2=6.2мкФ.
Сопротивления R1, R2выбираем из условия обеспечения нужного коэффициента усиления ОУ. Зададимсявеличиной сопротивления R2=1 кОм,а R1 найдемиз следующего соотношения
/> (3.108)
Поскольку такогономинала нет, то соединяем последовательно резисторы номиналов 620 Ом, 10 Ом.
Дроссели и емкостьС1 предназначены для предотвращения возможных обратных связей междукаскадами, поэтому, не производя расчета принимаем Др1=Др2=Др3=0.1Гн, С1=0.1мкФ.
3.7 Расчет стереодекодера
Ввидуспецифического вида стереосигнала (положительная огибающая повторяет правыйканал, отрицательная левый) его можно декодировать с помощью двух амплитудныхдетекторов, один из которых декодирует положительные полупериоды стереосигнала,а второй отрицательные. Произведем расчет диодного одного амплитудногодетектора, расчет второго будет полностью аналогичным, единственное их отличиезаключается во включении диодов в схеме. Принципиальная схема стереодекодераприведена на рис 3.7
/>
Рис3.7
Выбираем тип диодатак, чтобы его граничная частота намного превышала частоту детектируемогосигнала и обратное сопротивление было по возможности большим. Этим условиямудовлетворяет диод Д9Е.
Исходя изотсутствия нелиней ных искажений за счет разных сопротивлений нагрузки попеременному и постоянному току, вычисляем величину сопротивления R1
/> (3.109)
где м=0.8 –коэффициент глубины модуляции
Rн=10 кОм–входное сопротивление усилителя низкой частоты.
Из характеристиквыпрямления по известным величинам Uвхд, R2находим рабочую точку и в ней определяем S=10-2мА/В, Rд=100Ом, mд=1.
Вычисляемвспомогательные коэффициенты
/> (3.110)
/> (3.111)
Из условияотсутствия нелинейных искажений и допустимых частотных на высших частотахмодуляции находим допустимую величину емкости конденсатора С1шунтирующего нагрузку детектора R1
/> (3.112)
где Сн=10-9Фвходная емкость УНЧ.
/> (3.113)
где Мв=1.2.
Так же должновыполняться условие
/> (3.114)
370·10-9>10·10-12
где Сд=1пФ проходная емкость диода.
Выбираем С1=С2=2нФ, чтобы она не превышала минимальной из рассчитанных.
Находимкоэффициент передачи детектора по напряжению
/> (3.115)
Определяемвеличину входного сопротивления детектора
/> (3.116)
Определяем емкостьразделительного конденсатора, исходя из допустимых частотных искажений вобласти низких звуковых частот
/> (3.117)
Принимаем Ср=3мкФ.
3.8 Расчет системы частотной автоподстройкичастоты (ЧАП)
Эта системаприемного устройства на данный момент практически рассчитана. В систему ЧАПвходят: частотный дискриминатор или частотный детектор, фильтр нижних частотФНЧ, при необходимость усилитель постоянного тока и управляемый элемент. Вкачестве частотного детектора системы ЧАП будем использовать рассчитанный ранеечастотный детектор. В качестве управляемого элемента (управителя частоты) вконтуре гетеродина приемника используем соединение варикапов, см. принципиальнуюсхему приведенную на рис3.5.
Исходя изособенностей дробного детектора и нашего управляемого элемента можно сказать,что для того чтобы система ЧАП работала, достаточно в схеме поставить ФНЧ.
Так как в ТЗ насистему ЧАП нам не заданны никакие требования, нам осталось рассчитать толькоФНЧ. Он нужен чтобы отфильтровать постоянную составляющую, которая образуетсяпри образовании расхождения между промежуточной частотой полученной и той накоторую рассчитан приемник на выходе частотного дискриминатора. Эти расхождениямогут возникнуть в результате: нестабильности частоты гетеродина (физическиневозможно построить бесконечно стабильные генераторы), нестабильности частотыпередатчика, если данная схема используется в автомобильном приемнике то из-задвижения автомобиля (Доплеровский эффект)
Упрощеннаяструктурная схема используемой в разрабатываемом приемнике ЧАП приведена на рис3.8./> /> /> /> /> /> /> /> />
Рис3.8.
Полосу ФНЧ можновыбрать из следующего соображения. Нижняя частота спектра нашего сигнала fн=31.5 Гц, нужно чтобы эта частота, как самая низкаяиз всех возможных не прошла с выхода ЧД на управляемый элемент, иначе, даже приправильной настройке гетеродина приемника, то есть когда ошибка настройки равна0, контур гетеродина будет постоянно перестраиваться. Возьмем это значениечастоты за граничную частоту ФНЧ по уровню –3дБ.
Рассчитаем ФНЧпринципиальная схема которого приведена на рис 3.9
/>
Рис 3.9.
Дроссель в схеместоит для предотвращения попадания ВЧ составляющей в ЧД.
Выберем R1=105 Ом, его значение нужно выбиратьбольшим, для того чтобы ЧД шунтировался как можно меньше.
Исходя извыбранного R1находим емкость С1
/> (3.118)
Выбираем С1=3.3мкФ.
Дроссель нерассчитываем, принимаем Др1=0.1 Гн.
3.9 Конструктивный расчет
Современныерадиоприемные устройства выполняются на печатных платах, часто с применениемповерхностного монтажа и бескорпусных элементов. Наиболее ответственнымиконструктивными элементами являются катушки индуктивности, так как от ихисполнения напрямую зависит добротность контуров, а следовательно и полосапропускания. Поэтому применяют специальные типы намотки, вжигание провода вкаркас, покрытие хорошо проводящими материалами и многое другое. Далее сделанрасчет цилиндрической экранированной катушки, применяемой во входной цепи, соднослойной сплошной намоткой.
Важную роль играетразмещение элементов на плате и трассировка соединений. От этого зависитустойчивость работы, отсутствие паразитных излучений и самовозбуждения. Можновыполнить приемник в виде отдельных экранированных блоков. Кроме всего прочеготакое построение облегчает ремонт.
Наиболее важнымпараметром приемника является надежность. Высокая надежность достигаетсяприменением качественных компонентов и качественной сборкой.
Расчет катушки индуктивности.
Определяеминдуктивность катушки без экрана, принимая коэффициент, зависящий отсоотношения размеров катушки h=0.6.
/> (4.1)
где Lэ=10.1 нГн – индуктивность катушки стоящей в ВЦ,
D=3 мм – диаметр каркаса катушки,
Dэ=2·D –диаметр экрана.
Выбираем длянамотки провод ПЭВ-2, диаметром без изоляции d=1мм, длякоторого диаметр провода катушки d0=1.11 мм, коэффициент неплотности намотки a=1.5.
Число витков наодин сантиметр длинны намотки
/> (4.2)
Вспомогательныйпараметр
/> (4.3)
По графикуприведенному в [5], находим отношение />
Длинна намотки
/> (4.4)
Число витковнамотки
/> (4.5)
Длинна каркаса
/> (4.6)
Высота экрана
/> (4.7)
Заключение
Цель поставленнаяв задании достигнута. Разработанное радиоприемное устройство отвечает условиямзадания и обеспечивает необходимую чувствительность и избирательность. В разработанномустройстве применена современная элементная база (перестройка частотыварикапами, использованы фильтры ПКФ, p-i-nдиоды и так далее).