Содержание
1. Предварительный выбор структурнойсхемы РПУ
2. Предварительный расчетсупергетерадийного РПУ
3. Выбор числа поддиапазонов и элементанастройки
4. Выбор элемента настройки РПУ
5. Распределение нелинейных искажениймежду трактами РПУ
6. Выбор элементной базы радиотракта РПУ
7. Расчет полосы пропускания линейноготракта РПУ
8. Проектирование тракта сигнальнойчастоты
9.Определение требуемого количества одиночных контуров ТСЧ
10.Определение типа и числа избирательных систем ТСЧ
11. Проектирование тракта промежуточнойчастоты
12. Расчет коэффициента усиления и числакаскадов тракта РПУ
13. Выбор схемы детектора
14. Расчет коэффициента усиления линейноготракта РПУ
15. Проектирование тракта звуковойчастоты
16. Выбор схемы АРУ
17. Список используемой литературы
1. Предварительныйвыбор структурной схемы РПУ
/>
2. Предварительныйрасчет супергетерадийного РПУ
1. Диапазон частотпринимаемых сигналов: 525-1605 КГц.
2. Вид модуляции: АМ.
3. Избирательность пососеднему каналу: 25dB.
4. Избирательность позеркальному каналу: 22dB.
5. Промежуточнаячастота: 465 КГц.
6. Неравномерностьусиления в полосе частот: 12dB.
7. Нелинейные искажения: 7%
8. Эффективность АРУ: навходе 30dB; на выходе 11dB.
9. Выходная мощность:200 мВт.
10. Напряжение питания: 9 В.
3.Выборчисла поддаипазонов и элементов настройки
При невозможности обеспечения с помощью элемента плавной настройкиперестройки частот в пределах всего диапазона рабочих частот необходимодиапазон приемника разделить на отдельные поддиапазоны. Эта разбивка применяетсятакже в том случае, если требуется получить более высокие и постоянные подиапазону чувствительность и избирательность, более плавную настройку и большуюточность частоты настройки приемника.
Однако при увеличении числа поддиапазонов усложняется схема и конструкцияприемника, возрастает его объем и масса, удорожается производство. Поэтому приделении диапазона рабочих частот на поддиапазоны принимают компромиссноерешение, учитывающее все требования, предъявляемые к приемнику.
Необходимость разбивки рабочего диапазона частот на отдельные поддиапазоныоценивается с помощью коэффициента перекрытия диапазона частот:
/>(3.1)
гдеf0 max и f0 min –максимальнаяи минимальная частота принимаемого сигнала.
/>
Получаем что значение Кдбольшечем Кдмах=2,0…2,5 указанного в табл.1 значит разделение на поддиапазоныобязательно.
3.2Разделение диапазонарабочих частот на поддиапазоны способом равных коэффициентов перекрытия.
Так как Кд>Кдмах определяем необходимое кол-во поддиапазонов :
/>(3.2.)
гдеN кол-во поддиапазонов.
/>
Определяем коэффициентперекрытия каждого диапазона
/> (3.3.)
гдеКпд –коэффициент перекрытия поддиапазона. />
Для обеспечения перекрытия поддиапазонов определяется интервалчастот каждого поддиапазона с учетом запаса, принимаемого равным 1… 3%, атакже окончательный коэффициент перекрытия каждого поддиапазона Кпд N сучетом принятого запаса :
Iподдиапазон:
/>;/>кГц
/>;/>
/>;/>
II поддиапазон:
/>; />
/>;/>
/>;/>.
Определяем разностькрайних частот одного поддиапазона ∆fпд:
/>;/>(3.4)
где: fomax — максимальная частота диапазона
fomin — минимальная частота диапазона
N – количество поддиапазонов.
4.Выбор элемента настройки РПУ
В качествеэлемента настройки принимаем переменный конденсатор, его параметры определяем(потабл.2) fmin 525 т.е. в пределах 300 — 1500кГц.Отсюда выбираем конденсатор семкостью Сmin=10пФ, Сmax=250пФ.
Повыбранному конденсатору выбираем настроечный варикап (по табл.3) ВА163Сmin=10пФ, Сmax=260пФ, управляющее напряжение варикапа Eупр=1,5…10В.
Определяется фактический коэффициент перекрытия поддиапазонов,обеспечиваемый изменением емкости выбранного варикапа или варикапной матрицы:
/> (4.1.)
где: Сcx — начальная емкость схемы резонансногоконтура
Ccx=Cm+Cl+Cbh(4.2.)
где: См — емкость монтажа,
СL- собственная емкость катушки индуктивности,
Свн — емкость, вносимаяактивным элементом 1-го каскада УСЧ на рабочей частоте.
Ориентировочное значение величины См и СLприведено в таблице 6.Т.к. диапазон рабочих частот это СВ, выбираем См– 20пФ,СL– 15пФ.Включая емкость Свн приприменении во входном каскаде биполярных транзисторов порядка 8…30пФ.
Ccx= 20+15+30=65пФ
/>.
5. Распределение нелинейных искажений (НИ) между трактами РПУ
В основном НИ сигнала в РПУ создаются детекторами и каскадами УНЧ,т.е.:
Кн общ= Кн дет+ КнУНЧ (5.1.)
где: Кн общ — общий коэффициент нелинейных искаженийРПУ
Кн дет – коэффициент нелинейных искажений детектора
Кн унч – коэффициент нелинейных искажений УНЧ
Кн дет =1,5%
Кн унч=0,5%
Кн общ =1,5+0,5=2%
6. Выбор элементной базы радио-тракта (линейного тракта) РПУ
Выбор активного элемента определяется, прежде всего, диапазономрабочих частот. Основой для выбора активного элемента в этом случае, являетсяего коэффициент частотного использования:
/> (6.1.)
где:fo max– максимальная частота принимаемого сигнала;
fs– граничная частота выбранного активного элемента.
Необходимо, чтобы, а
Усилитель сигнальной частоты (УСЧ): КТ315Б
/>
Преобразовательчастоты (гетеродин): КТ315Б
/>
Преобразовательчастоты (смеситель): КТ315Б
Усилительпромежуточной частоты: КТ315Б
/>
7. Расчет полосы пропускания линейного тракта РПУ
Необходимая полоса пропускания определяется реальной ширинойспектра принимаемого сигнала ∆Fc,допустимойпогрешностью сопряжения частоты гетеродина ∆fг, т.е.полоса пропускания равна:
/> (7.1.)
Ширина спектра /> зависитот способа модуляции несущей частоты и определяется:
для AM — сигнала:
/> (7.2.)
где:
FB– верхняя частота модулирующего сигнала.
Допустимая погрешность сопряжения контуров: Δfсопр.=10кГц
Допустимое отклонение частоты гетеродина: Δfr=(0,5… 1)×10-3f0max
где: fo max – максимальная частота принимаемогосигнала.
/>
/>
8. Проектирование тракта сигнальной частоты ТСЧ
Задачей проектирования ТСЧ является определение типа и числа избирательныхсистем тракта для получения требуемой полосы пропускания РПУ и егоизбирательности по зеркальному каналу и помехе с частотой, равной промежуточнойчастоте.При расчете избирательной системы ТСЧ сначала задаются структурой ТСЧ,состоящей из одиночных колебательных контуров. Количество контуров определяетсятребуемыми полосой пропускания и избирательностью. На втором этапе определяетсяокончательно тип избирательной системы.
9. Определение требуемого количества одиночных контуров ТСЧ и ихэквивалентного затухания
Рассчитывая ТСЧ, следует учитывать, что в РПУ с плавнойперестройкой частоты, количество каскадов УСЧ редко превышает два, в противномслучае создаются конструктивные дополнительные сложности при выборе схемынастройки. Достаточно часто ТСЧ не содержит УСЧ.
Сначала определяется эквивалентное затухание контуров:
/>(9.1.)
где: q – коэффициент шунтирования контуров активнымиэлементами;
d0– собственное затухание контура.
Ориентировочные значения q и d0 приведеныв таблице 9.
/>
Определяем необходимое число одиночных контуров исходя из заданнойвеличины избирательности, ориентируясь на типовую величину затухания сигналазеркальной частоты, обеспечиваемого одиночным контуром Sк ипримерно равного 20… 25 дб.
/> (9.2.)
/>
nсч=1 – количество одиночніх контуров.
Фактическое ослабление сигнала в ТСЧ на границе полосы пропусканияРПУ:
/> (9.3.)
/>
10.Определение типа и числа избирательных систем ТСЧ
По ориентировочному числу одиночных контуров nсчвычисляетсямаксимально допустимое значение добротности контуров, обеспечивающее заданноеослабление на краях пропускания для ТСЧ.
/> ;/>(10.1.)
/>
Определяется необходимая добротность контуров Qn,обеспечивающая заданную избирательность по зеркальному каналу Sез.кдля одиночных контуров в ВЦ и УСЧ с индуктивной связью:
/>(10.2.)
где: fз.к.max – зеркальная частота: />
fпр –промежуточная частота РПУ (или первая промежуточная частота fпр1РПУ с двойным преобразованием частоты).
/>
/>
Определяется эквивалентная добротность контуров ТСН Qэквпо конструктивной добротности контура:
/> (10.3.)
где Ψ – коэффициент шунтирования контура активнымэлементом;
Qк – конструктивнаядобротность контура.
Ориентировочные значения величин Ψ и Qкприведены соответственнов таблицах 10 и 11.
Ψ=0,8 ;Qк=100;
/>
Одновременное обеспечение заданной избирательности Sез.к.и ослабления на краях полосы пропускания Мсч возможно т.к.
Qп
Избирательность по промежуточной частоте Sепр.определяется на минимальной частоте принимаемого сигнала или на частотахблизких к />:
/> (10.4.)
/>
11. Проектирование тракта промежуточной частоты
Количество требуемых систем с запасом определяется по формуле:
/> (11.1.)
где: Sес.к – заданное значение избирательностипо соседнему каналу;
Sск1 – значение избирательности выбранной избирательной системы.
/>
Расчет каскадов с одиночными контурами, настроенными на промежуточнуючастоту.
Определяется допустимая добротность контуров, обеспечивающаязаданное ослабление тракта Мпч на краях полосы пропускания:
/> (11.2.)
где: fпр – промежуточная частота;
П – ширина полосыпропускания;
nпр – число одиночных контуров.
/>
Определяется добротность контуров, обеспечивающая заданнуюизбирательность по соседнему каналу:
/>(11.3.)
где:Δfск – расстройка, при которой заданаизбирательность по соседнему каналу (для АМ-приемников Δfск=±10кГц).
/>
12. Расчет коэффициента усиления и числа каскадов линейноготракта РПУ
Коэффициент усиления линейного тракта РПУ (до детектора) приприеме на наружную антенну:
/> (12.1.)
Таким образом:
/> (12.2.)
ae – коэффициентзапаса(для СВ диапазона =1,4).
По табл.12 определяем Uвх=0,2мв
/>;
Выбираемчисло каскадов линейного тракта РПУ по табл.13 :
Квц=0,1Кусч=12Кпц=20Купч=60
13. Выбор схем детектора и расчет его выходного напряжения
Выбор схемы детектора АМ – сигнала.
В современных приемниках в качестве детекторов АМ — сигналов, какправило, используются полупроводниковые диодные детекторы, работающие чащевсего в линейном режиме. В предварительном расчете РПУ можно принимать коэффициент передачитакого детектора Кад =0,5.
Полупроводниковые диоды для детектирования необходимо выбрать снаибольшим соотношением обратного и прямого сопротивления диода Rобр./Rnp,а также по граничной частоте детектирования. Германиевые диоды удовлетворяютэтим критериям в ограниченном температурном режиме.
Лучшим в этом отношении следует считать кремниевые диоды, сочетающиедостоинства германиевых (высокая крутизна в/а характеристики) и вакуумных(высокое обратное сопротивление). Недостаток — температурозависимое смещениеначала в/а характеристики в положительном направлении.
Действительное напряжение на входе АМ — детектора может бытьвычислено, для чего в зависимости от выбранной схемы необходимо задатьсявеличиной коэффициента Кад, тогда:
/>(13.1.)
где: Uвх.УНЧ –чувствительность УНЧрадиоприемника;
m– глубина амплитудной модуляции;
Кдел– коэффициент деления делителя нагрузки детектора (Rвх.УНЧКдел.=0,5).
/>;
Элементнаябаза используемая в схеме детектора: Д9Ж.
Выбор схемы детектора
В радиовещательных РПУ АМ-сигналов обычно используют диодныйдетектор последовательного типа с разделенной нагрузкой.В качестве детектораАРУ используют детектор основного канала.
14. Расчет коэффициента усиления линейного тракта РПУ
Коэффициент усиления линейного тракта РПУ при приеме на наружнуюантенну: Fн/Fв=525/1605кГц
Выбираем диод из условия возможно большего обратного сопротивленияи рабочего диапазона частот.Выбираем диод типа Д9Ж, ВАХ которого изображена награфике.
/>
Этот диод имеет прямой ток Iпр=10мА при Uпр=1В, обратный ток Iобр=40мкАпри Uобр=20В.
Определяемпрямое Ri и обратное Rобр сопротивление диода по ВАХ.
/>;(14.1.)
/>;
/>;(14.2.)
/>;
Произведемрасчет сопротивления нагрузки детектора.
Еслик выходу детектора подключить усилитель с выходным сопротивлением Rвых=370кОм,топри работе детектора возникнут значительные искажения.Поэтому на выходедетектора целесообразно включить делитель состоящий из R’ и Rвых.СопротивлениеR’ выбираем так, чтобы />.ПринимаяR'=2,2кОм находим :
/>;
Приэтом амплитуда выходного напряжения детектора :
/>;(14.3.)
/>.
Сопротивлениепотенциометра. R
Емкостьфильтрующего конденсатора.
/>;(14.4.)
где: R и Ω=/>;Rи Ω=/>;
/>.
Вспомогательныйкоэффициент.
/>;(14.5.)
/>.
Потабл.4 значение коэффициента передачи напряжения />.
Приэтом для получения амплитуды выходного напряжения детектора Uвых.д=0,35необходимо подать на его вход напряжение с амплитудой :
/>;(14.6.)
/>.
Выходноесопротивление детектора :
/>;(14.7)
/>.
/>;(14.8)
где:
Uвх.д– напряжение на входе детектора ,
Ea– чувствительность на входе приемника.
/>;(14.9)
где:
Eат.з– заданная чувствительность,
ае — коэффициент заноса.
/>;
/>.
15. Проектирование тракта ЗЧ радиовещательных приёмников
Выбор громкоговорителя.
Исходными данными для выбора типа и числа громкоговорителей являются:
а)номинальная выходная мощность тракта Р=0,2Вт;
б)диапазон воспроизводимых частот 525-1605кГц;
в)неправомерность частотной характеристики МуЗЧ(дб).
г)среднее звуковое давление при заданной номинальной мощности идиапазоне звуковых частот φор .
При выборе громкоговорителя должны быть обеспечены следующиеусловия:
а) Ргр≥0,5Вт
где: Ргр — суммарная мощностьгромкоговорителей, на которые нагружен усилитель мощности тракта 3Ч УМЗЧ.
б) Мгр≤Мас (дБ) где:
Мгр — неравномерность АЧХгромкоговорителя;
Мас – неравномерность АЧХакустической системы.
/>; (15.1)
где: Мпрк — заданная неравномерность АЧХприёмника в целом (дб)Мл.т — неравномерность АЧХ линейного тракта (дб)
Мдет — частотные искажения детектора (дб)
дляРПУ средних и высших групп сложности (3, 2, 1 и 0 группы)
Музч=(4…6) дб;Mдет.= (1…2) дБ.
в) Fгр.min
Если вышеуказанные условия не могут быть обеспечены одним громкоговорителем,то акустическая система составляется из нескольких громкоговорителей.
16. Выбор схемы АРУ
Расчет выполнения заданной эффективности.
Исходными данными для расчёта АРУ являются:
— относительное изменение уровня сигнала на входе РПУ в дБ:
/>;
— соответствующее изменение уровня сигнала на выходе РПУ в дБ:
/>;
Обычно величина a лежит в пределах 20…100 дБ, а величина bв пределах 3…12 дБ.
— чувствительность РПУ – Еа (мкВ/м или мВ/м)
По заданным величинам "a" и "b«определяетсянеобходимое изменение коэффициента усиления регулируемого каскада:
/>;
Выбирается число регулируемых каскадов исходя из того, что одинкаскад позволяет получить глубину регулировки от 15 до 25 дБ:
/>;(16.1)
/>.
Определяется требуемое напряжение управления, снимаемое с выходадетектора АРУ:
/>;(16.2)
/>;
/>.
Литература
1. БелкинМ.К., Белинский В.Т., Мазор Ю.Л., Терещук В.М. Справочник по учебномупроектированию приёмно-усилительных устройств. Киев, „Высшая школа“,1988.
2. ЕкимовВ.Д., Павлов К.М. Проектирование радиоприёмных устройств. Москва, „Связь“,1970.
3. ЛавриненкоВ.Ю. справочник по полупроводниковым приборам. Киев, „Техника“, 1980.
4. Полупроводниковыеприборы: транзисторы. Справочник под редакцией Горюнова Н.Н. Москва, „Энергоатомиздат“,1985.
5. Справочникпо полупроводниковым диодам, транзисторам и ИС. Под редакцией Горюнова Н.Н.Москва, „Энергия“, 1976.
6. Интегральныемикросхемы. Справочник под редакцией Тарабарина В.В. Москва, „Энергоатомиздат“,1986.