МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ и НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РязанскаяГосударственная Радиотехническая Академия
Кафедра РТУ
По дисциплине
«РАДИОПРИЕМНЫЕУСТРОЙСТВА»
На тему
«РадиовещательныйУКВ приёмник 1 класса»
Выполнил
студент 113 группы
Волостнов С.А
Проверил: Сухоруков В.Н
Рязань 2005г.
Выписка из ГОСТа5651– 89
1. Диапазон принимаемыхчастот УКВ 2 100 – 108 МГц
2. Реальнаячувствительность при отношении с/ш в диапазоне УКВ не менее 20 дБ, для внешнейантенны (УКВ 2) 10 мкВ
3. Селективность, дБ неменее:
— по соседнему каналу (УКВ)30 дБ
— по зеркальному каналу (УКВ)30дБ
— по ПЧ, не менее 40 дБ
4. Промежуточная частота 10.7МГц+/- 0.1МГц
5. Нормальный диапазонвоспроизводимых частот 125 … 10000Гц
Введение
Одной из основныхособенностей научно технического прогресса является непрерывный ростинформационных потоков во многих сферах человеческой деятельности. Одна изнаиболее обширных областей, в которой решается данная задача, являетсярадиовещание. Трудно себе представить быт без радиоприёмников. Это мореинформации, развлечений, познавательных программ.
Качество принимаемойинформации напрямую зависит от качества конструкции приёмника.
Поэтому в данной работе яразработаю радиовещательный приёмник, соответствующий ГОСТу 5651 – 89.
Технико-экономическоеобоснование и расчёт структурной схемы приёмника
На начальном этапепроектирования приёмника, при разработке различных узлов (УРЧ, смеситель, УПЧ,ЧД) использовались дискретные элементы (транзисторы), которые впоследствии,были заменены [узлы] интегральными микросхемами, в целях повышения надёжности,уменьшения массогабаритных показателей, снижения стоимости и энергопотребления.
В качестве корпусаприёмника рационально выбрать нетоксичную пластмассу, ввиду того, что пластмассывесьма технологичны и изготовление корпусов из них не представляет техническихпроблем (например, горячая штамповка). Форма корпуса – параллелепипед, сосъёмной передней панелью на которой размещаются устройства индикации, органыуправления и разъёмы.Выбори обоснование структурной схемы приемника
При проектированииструктурной схемы принимаются схемные, конструктивные и технические решения,преследующие следующую цель: построение приемника, наиболее удовлетворяющеготребованиям технического задания. Также радиовещательные приемники должны бытьдешевыми, иметь несложную схему и простое управление, поскольку они рассчитанына массовое производство и служат для индивидуального пользования.
Возьмем в качествеструктурной схемы приёмника схему на (рис.1), в которой осуществляется приёмсигналов на СВ (с амплитудной модуляцией) и на УКВ (с частотной модуляцией)диапазонах. Линейный тракт приемника сигналов с АМ состоит из ВЦ (входнойцепи), смесителя С – АМ с гетеродином Г – АМ и усилителя промежуточной частотыУПЧ – АМ – ЧМ. Для приема сигналов с ЧМ служит отдельный блок УКВ, состоящий извходной цепи (ВЦ), усилителя радиочастоты (УРЧ), смесителя (С) и гетеродина(Г). С выхода смесителя сигналы подаются на схему УПЧ – АМ – ЧМ, усиливаются ив зависимости от режима работы приемника поступают на демодуляторы — (АД)амплитудный детектор или (ЧД) – частотный детектор, и далее сигнал низкойчастоты поступает на усилитель звуковой частоты УЗЧ.
Приемники принеобходимости снабжаются устройствами автоматической подстройки частоты (АПЧ).
/>
Но в данном курсовомпроекте я буду рассчитывать только канал ЧМ.
Приёмник будет рассчитанна приём моносигналов радиовещания.
Расчёт структурной схемывсего приёмника
Расчёт полосы пропусканиявсего приёмника
Ширина полосы пропусканиялинейного тракта складывается из ширины спектра радиочастот принимаемогосигнала, доплеровского смещения частоты сигнала и запаса полосы, требуемого для учета нестабильности и неточности настроекприемника, т. е.
/>.
Величина нестабильностиопределяется по формуле
/>
где
/> — нестабильность частоты сигнала;
/> — нестабильность частотыгетеродина;
/> — неточность настройки гетеродина;
/> — неточность настройки УПЧ.
При использованиисинтезатора частот нестабильности частоты гетеродина очень малы (/>-/>), поэтому полная величина нестабильности настроек так же будетмалой.
Неточность настройкигетеродина, неточность настройки УПЧ и доплеровское смещение частоты будемсчитать равными нулю.
Так как по ТЗ условияэксплуатации радиоприемника заданы как полевые, а радиосвязные центры и радиоретрансляторы стоят неподвижно, то будет равно 0.
Ширина спектрапринимаемого радиосигнала будет равна:
/> , где
/> - индекс модуляции;
/> - максимальная девиация частотысигнала 50кГц;
/> — максимальная частотамодулирующего сигнала -10000Гц.
/> кГц..
/> кГц.
/> кГц.
Для сужения полосыпропускания приемника применим систему АПЧ (автоматическая подстройка частоты),тогда используя частотную автоподстройку частоты с Капч = 20, получим
/>
Расчёт реальнойчувствительности, выбор первого каскада по коэффициенту шума
Вычислим допустимыйкоэффициент шума:
/>
где /> — ЭДС сигнала в антенне;
/> — отношение с/ш на входеприемника;
/> - шумовая полоса линейноготракта;
/> — стандартная температураприёмника;
/> - постоянная Больцмана;
/> - внутреннее сопротивлениеприёмной антенны.
/>
Где />раз — отношениесигнал/шум на выходе приёмника;
/> и /> - выигрыши в отношениисигнал/шум, даваемые системой ограничитель – частотный детектор и фильтромкомпенсации предыскажений, равные
/> , где />;
/>, где />.
/>,
/>
/>
/>
/>
/> или 83.323 дБ.
Исходя из рассчитанногокоэффициента шума и рабочей частоты, в качестве первого каскада выберем УРЧ натранзисторе КТ3108А по схеме с общим эмиттером.
Электрические параметрытранзистора КТ3108A:
Граничная частотакоэффициента передачи тока, не менее – 250 МГц;
Коэффициент шума при Uкв=5В, Iк=1 мА, f=100 МГц, Rг= 50 Ом, не более 6 дБ.
Расчёт избирательностейпо трём каналам (ЗК, ДК, СК)
По зеркальному каналу
Наименьшее ослаблениезеркального канала /> , даваемое одним резонансным контуром,рассчитаем по формуле
/>
где />МГц – промежуточнаячастота;
/> МГц – верхняя частота;
/>
/> или 33.9 дБ.
Вывод: избирательность позеркальному каналу обеспечивается одним резонансным контуром.
Выбираем селективнуюсистему с двумя одиночными резонансными контурами следующего вида
Вх. Ц УРЧ СМ Э /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> К Э К
Она обеспечит необходимуюизбирательность по зеркальному каналу.
Каждый резонансный контур(входная цепь и контур УРЧ) даст избирательность по зеркальному каналу не менее30дБ, таким образом общая избирательность по зеркальному каналу Sезкбудет не хуже 60 дБ, что лучше требуемой величины. УРЧ введён для усилениянапряжения, чтобы уменьшить коэффициент усиления в тракте ПЧ.
По соседнему каналу
Определяем обобщённую расстройкудля соседнего канала
/>
где /> — расстройка длясоседнего канала (250кГц);
/> — обобщенная расстройка для краёвполосы пропускания.
/>,
/>.
Вывод: Входная цепь необеспечивает избирательность по соседнему каналу и не искажает спектрпринимаемого сигнала. Тогда рационально использовать УПЧ-Р (с распределённойизбирательностью). Для этого найдём коэффициент прямоугольности
/>
По таблице 6.1 находимУПЧ с данным коэффициентом прямоугольности. Данный коэффициент прямоугольностипоказал, что такая схема не подходит.
Для обеспеченияизбирательности по соседнему каналу будем использовать пьезоэлектрическийфильтр типа ФП1П6 с средней частотой полосы пропускания 10.7 МГц. Такие фильтрыиспользуются в радиовещательных приемниках не выше первой группы сложности иудовлетворяют всем необходимым требованиям.
По дополнительномуканалу.
Проверяем избирательностьпо дополнительному каналу:
/>
/> или 62.766 дБ.
Вывод: избирательность подополнительному каналу обеспечивается одним резонансным контуром.
Определение общего коэффициентаусиления приёмника
При ЧМ амплитуда сигналане несет никакой информации, т. к. принимаемый сигнал необходимо пропустить через ограничитель, что бы избавиться от паразитнойамплитудной модуляции. Поэтому обычно в радиоприемниках ЧМ-сигналов АРУ неприменяются.
При использованиидетектора отношений требуемый уровень сигнала на входе детектора 0.2…0.4В:
Возьмем
/>
Общий коэффициентусиления
/>
Распределим общийкоэффициент усиления между трактами ТРЧ и ТПЧ.
/>
Возьмём соотношение
/>, тогда
/>
/>
Пусть
/> - коэффициент усиления входнойцепи.
/> , тогда
/> — коэффициент усиления УРЧ.
Чтобы обеспечить такойкоэффициент усиления хватит 1-го каскада УРЧ с коэффициентом усиления = 10.
Пусть
/> — коэффициент усиления смесителя.
/> , тогда
/> - коэффициент усиления УПЧ.
Чтобы обеспечить такойкоэффициент усиления требуется не менее 2-х каскадов УПЧ с коэффициентомусиления каждого = 35.
(352=1225>1030=32.12)
В качестве активногоэлемента УПЧ возьмём транзистор 2Т368А9
/>
Расчет входной цепи
В качестве входной цепибудем использовать одноконтурную входную цепь приёмника с автотрансформаторнойсвязью с настроенной антенной.
Перестройка контура подиапазону будем осуществлять при помощи двух встречно включенных варикапов, вкачестве которых возьмем варикапную матрицу КВС 111А.
Параметры КВС 111А
Cном = 33пФпри Uобр = 4В; Uобр max = 30В.
/>
Схема одноконтурнойвходной цепи приёмника с автотрансформаторной связью с настроенной антенной.
Выбираем полнуюминимальную ёмкость схемы – />
и собственное затуханиеконтура – />.
Вычисляем коэффициентывключения фидера — /> и входа УРЧ — /> для согласования призаданном /> контуравходной цепи
/> , где
/> — внутренне сопротивление приёмнойантенны
/>
/> , где
/>
/>.
Рассчитаем минимальнуюёмкость варикапов
/>
где /> - паразитная ёмкостькатушки контура;
/> - ёмкость монтажа;
/> - входная ёмкость следующегокаскада.
/> .
Находим индуктивностьконтура
/>
где L измерено вмикрогенри, ёмкость – в пикофарадах, частота – в мегагерцах
/>
Рассчитаем схемную ёмкостьна нижней частоте диапазона
/>
Рассчитаем максимальнуюёмкость варикапов
/> ,
/>.
Для изменения ёмкостиварикапа в таких пределах управляющее напряжение нужно менять примерно в диапазонеот 3.8В до 7В.
Рассчитаем коэффициент передачинапряжения входной цепи
/>
где /> - коэффициент передачисобственно входной цепи при согласовании
/>
/>
/> - коэффициент передачи фидера,определяемый из рис.4.16 [2] по произведению
/>
Где /> - затухание в фидере;
/> - длина фидера;
/>
/>
Так как при расчётевходной цепи добротность контура не изменяли, то необходимость проверятьизбирательности по дополнительным каналам отпадает.
Рассчитанной входной цепьне будет использоваться, так как у ИМС К174ХА15 есть своя входная цепь встандартной схеме включения.
Расчёт блока УКВ
В качестве блока УКВбудем использовать ИМС К174ХА15, которая представляет собой многофункциональнуюсхему, предназначенную для УКВ блоков (аппаратов любой категории сложности довысшей). Достижение высоких параметров УКВ приёма связано с тем, что ИМСсодержит симметричный смеситель- перемножитель U1 с глубокой обратной связью,большим входным сопротивлением и значительным усилением, балансный гетеродинG1, буферный каскад А3, предохраняющему гетеродин от входных сигналов,усилитель АРУ А2, повышающий устойчивость блока УКВ к образованиюдополнительных каналов приёма, и высококачественный стабилизатор напряжения А4,обеспечивающий, в частности, стабильность частоты гетеродина при колебанияхпитающего напряжения.
Кроме того, в состав ИМСвходят усилитель высокой частоты А1 и фильтр низкой частоты Z1.
Блок УКВ на базе ИМСимеет электронную настройку. Частотой настройки управляют переменным резисторомR1. Подстроечные резисторы R2…R5 служат для точного сопряжения контуров.Основные параметры блока УКВ: промежуточная частота 10.7 МГц, ток потребленияоколо 30 мА, коэффициент шума 6 дБ, усиление мощности 28 дБ, усилениенапряжения неменее 22 дБ, полоса пропускания по ВЧ – 1.7 МГц, по ПЧ – 0.5 МГц,подавление зеркального канала 80 дБ, ПЧ – 100 дБ.
/>
Назначение выводов:
1,16 – цепь гетеродина; 2– вход стабилизатора; 3 – вход смесителя; 4 – вход смесителя; 5, 12 – общий; 6– выход АРУ; 7 – цепь АРУ, УВЧ; 8 – выход УВЧ; 9 – цепь УВЧ; 10 – вход УВЧ; 11– выход АРУ; 13, 14 – выход сигнала промежуточной частоты; 15 – напряжениепитания.(+Uпит)
/>
При приеме передач вдиапазоне УКВ, радиочастотный сигнал с антенны поступает на блок УКВ, гдепроисходит его выделение и преобразование в сигнал ПЧ – ЧМ (10,7МГц). Входнаяцепь блока УКВ состоит из входного контура L1,L2,VD4,VD5 и антенны.
Перестройка по диапазонучастот происходит посредством изменения емкости варикапной матрицы (электроннойперестройки частоты). Сигнал, выделенный входным контуром, усиливается УВЧ,входящим в состав микросхемы К 174 ХА 15, и через выходной контур УВЧ – L8, L9,VD10, VD11 поступает на входной контур смесителя L3, L4, VD2, VD3, входящего втуже микросхему.
Избирательность позеркальному и дополнительному каналам приема обеспечивается в основном контуромвходной цепи и контуром УВЧ.
Перестройка контура УВЧпо диапазону осуществляется с помощью варикапной матрицы. Сигнал ПЧ — ЧМ черезпьезокерамический фильтр Z1 и выходной контур смесителя C7, L10, L11, поступаетна вход усилителя ПЧ – ЧМ, где усиливается.
Расчёт каскада УПЧ
Будем рассчитыватьодноконтурный каскад УПЧ по схеме с ОЭ.
/>
Этот каскад рассчитываетсядля обеспечения необходимого уровня входного сигнала, требуемого длямикросхемы, которую будем выбирать в следующем разделе.
В качестве активногоэлемента УПЧ выберем транзистор 2Т368А9, который имеет следующие параметры:
/>
Рассчитаем Y – параметрытранзистора.
радиовещательныйприемник расчёт
/>, где
/>
Найдём активныесопротивления эмиттерного перехода />и базы />.
/>
Граничная частотакрутизны характеристики в схеме с ОЭ:
/>
/>
Расчёт элементов, обеспечивающихрежим УПЧ
Изменение обратного токаколлектора:
/>
где /> — обратный токколлектора при температуре To = 293K.
/>
Тепловое смещениенапряжения базы:
/>, где />.
/>
Необходимаянестабильность коллекторного тока:
/>
Расчет сопротивленийрезисторов
/>,
стандартное значениерезистора />
/>
стандартное значениерезистора />;
/>
стандартное значениерезистора />
/>
стандартное значениерезистора />
Расчет ёмкостейконденсаторов
/>
стандартное значениеконденсатора />;
/>,
стандартное значениеконденсатора />.
Расчёт согласующеготрансформатора
Индуктивности катушексогласующего трансформатора рассчитываются по следующим формулам
/>
где k – коэффициентсвязи, который может принимать следующие значения k = 0.7..0.9; /> — выходное сопротивлениепьезоэлектрического фильтра, с которым мы и согласуем УПЧ
(/>)
/>
Расчёт элементов контура
Максимальный коэффициентустойчивого усиления каскада:
/>
Определим минимальнодопустимое с точки зрения стабильности формы частотной характеристики отношениеэквивалентной ёмкости контура каскада к ёмкости, вносимой в контур транзистором
/>
где /> – относительноеизменение входной и выходной ёмкостей транзистора; />; /> — полоса пропускания каскада УПЧ.
/>.
Необходимое эквивалентноезатухание контура
/>.
Собственное затуханиекатушки
/>
Критические значения эквивалентногозатухания контура
/>
/>
Полученные значениясравним с эквивалентным затуханием контура и получим, что />. В этом случае случаеот каскада не удаётся получить максимально возможное усиление, так как дляэтого требуется слишком малая эквивалентная ёмкость контура, недопустимая сточки зрения стабильности формы частотной характеристики. В подобной ситуацииреализуют режим максимального усиления при ограничении минимального значенияэквивалентной ёмкости контура. При этом коэффициент включения
контура в цепь следующегокаскада определяют по соотношению
/>
где /> - входная проводимостьмикросхемы, а эквивалентную ёмкость контура принимают равной минимальнодопустимой
/>
Коэффициент усиленияодноконтурного каскада на частоте настройки контура рассчитывают по формуле
/>
Полученное значение />, значит каскаднеустойчив. Задаёмся величиной фиксированного коэффициента усиления /> и определяемкоэффициент включения контура в цепь коллектора по формуле:
/> , где />,
/>
Для получения заданнойполосы пропускания к контуру нужно подключить шунтирующий резистор спроводимостью
/>
Соответственносопротивление резистора будет следующим
/>,
стандартное значение />.
Индуктивность катушкиконтура
/>.
Ёмкость конденсатораконтура
/>, где /> - ёмкость монтажа.
/> ,
стандартное значение />
Расчёт детектора
В качестве детектора ЧМсигнала будем использовать ИМС К174ХА6, которая представляет собоймногофункциональную микросхему, предназначенную для построения трактовпромежуточной частоты УКВ ЧМ приёмников. Она обеспечивает усиление, ограничениевходного сигнала, бесшумную настройку, формирование напряжения для индикации,автоматическую настойку частоты и детектирование ЧМ сигнала. Микросхемасодержит усилитель – ограничитель А1, детектор уровня А2, частотный детекторUZ1, стабилизатор напряжения А3, усилитель А4, триггер А5 и ключи S1, S2.
/>
Уровень входного сигналамикросхемы должен быть >= 60мкВ (по АЧХ).
/>
Для обеспечения этогоуровня входного сигнала перед микросхемой я поставил УПЧ рассчитанный впредыдущем разделе.
Назначение выводов:
1 – общий;
2 – отключение АПЧ;
3 – RC фильтр;
4, 6 – ФНЧ;
5 – выход АПЧ;
7 – выход НЧ;
8 – выход ПЧ;
9, 10 – фазосдвигающийконтур;
11 – выход ПЧ;
12 – напряжениепитания.(+Uпит);
13 – вход БШН;
14 – выход на индикатор;
15 – выход БШН;
16, 17 – блокировка;
18 – вход ПЧ.
/>
Заключение
В ходе выполнениякурсового проекта была разработана радиовещательный УКВ приёмник 1-го класса.Разработка велась на основании требований ГОСТа 5651-89.
В результате расчётаполучилось, что приёмник реализуется на ИМС К174ХА15 ( блок УКВ ),пьезоэлектрическом фильтре ФП1П6, усилителе ПЧ, ИМС К174ХА6 ( УПЧ, ЧД, УНЧ ),ИМС К174УН4А ( УНЧ ).
Достоинством схемыявляется достаточно малое число элементов, благодаря использованию интегральных микросхем. Разработкаобладает хорошими показателями по чувствительности и избирательности, а такжеиспользуется электронная перестройка контуров по диапазону.
Списокиспользованной литературы
1. Под редакцией А. П. Сиверса,«Проектирование радиоприемных устройств», Москва, Советское радио, 1976г.
2. Н. В. Бобров, Г. В. Максимов, В. И.Мичурин, Д. П. Николаев, «Расчет радиоприемников», Москва, Воениздат, 1971г.
3. И. Ф. Белов, А. М. Зильберштейн,«Переносные радиоприемники и магнитолы», Москва, Радио и связь, 1996г.
4. Под редакцией Н. Н. Горюнова,«Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам »,Москва, Энергия, 1978г.
5. Н. Н. Акимов и др, «Резисторы,конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА» — справочник, Минск, Беларусь, 1994г.
6. Д. И. Атаев, В. А. Болотников,«Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой радиоаппаратуры» — справочник,Москва, МЭИ, 1991г.
7. А. В. Нефёдов «Интегральныемикросхемы и их зарубежные аналоги» — справочник.
ПриложениеПоз. обозн. Наименование Кол. Примечания Конденсаторы С10, С11 К10-17-1-50В-180нФ 2% 2 С12 К10-43-50В-2,2нФ 2% 1 С13 К10-17-1-50В-12пФ 2% 1 Микросхемы DA1 К174ХА15 1 DA2 К174ХА6 1 DA3 К174УН4А 1 Катушки индуктивности L12 139,4мкГн 1 L13 20,14мкГн 1 L14 13,66мкГн 1 Резисторы R15 МЛТ–0,125–6,8кОм±10% 1 R16 МЛТ–0,125–100кОм±10% 1 R17 МЛТ–0,125–39Ом±10% 1 R18 МЛТ–0,125–56кОм±10% 1 R19 МЛТ–0,125–330Ом±10% 1 Транзисторы VT1 2Т369А9 1