Укрзалізниця
Київськийелектромеханічний технікум залізничного транспорту ім. М. Островського
Курсова робота з теми:
РОЗРАХУНОКПРИЙМАЧА АМ-СИГНАЛІВ НА ІНТЕГРАЛЬНИХ МІКРОСХЕМАХ
Вступ
Радіоприймач- електронний пристрій призначений для прийому, обробки та відображення взрозумілому для людини вигляді інформації, яка передається електромагнітнимихвилями. Приймач являється найбільш розповсюдженим радіо технічним пристроєм,значення якого в економічному, соціальному і культурному житті людини неможливопереоцінити. Радіозв'язок неможливий без радіоприймача, з винайденням якого ірозпочалася ера радіо.
Початком розвитку сучасноїрадіоприймальної техніки прийнято вважати 7 травня 1895р. коли на засіданніросійського фізико-хімічного товариства в Петербурзі А.С. Попов продемонструвавперший в світі приймач електромагнітних хвиль. Приймач Попова був створений длязнаходження і реєстрації електричних коливань (використовувався дляпопередження про бурі). Вже в той час він містив всі елементи, які присутні всучасному радіоприймальному пристрої, включаючи антену (вертикально розміщенийдріт), детектор (когерер) і кінцевий пристрій (реле і дзвінок).
12 березня 1896р. на засіданні фізичноговідділу Російського фізико-хімічного товариства Попов показав передачу сигналівна відстані (250м). Тоді була відправлена перша радіограма з двох слів «ГенріхГерц».
В 1897р. А.С. Поповим був здійсненийзапис на телеграфну стрічку сигналів, прийнятих по радіо. Робота по підвищеннючутливості приймача дали можливість збільшити дальність дії радіозв'язку, авідповідно, розширити її використання. Спочатку радіоприймальні пристроївикористовувалися для зв'язку між кораблями.
Дальність зв'язку складала 11км.
В 1898р. прилад створений Поповимврятував життя 27 рибалкам, яких віднесло на крижині. Дальність зв'язку склала44 км.
В 1901р. А.С. Попов в своїх дослідах наЧорному морі добився зв'язку на відстані 148 км.
В період 1902-1908рр. були проведеніроботи по удосконаленню окремих елементів приймача: детектора, коливальногоконтуру з змінним конденсатором.
Ламповий період в техніці радіо приймачарозпочався з 1906р. коли з'явилися вакуумні лампи. Швидкий розвитокрадіоприймальної техніки розпочався після Жовтневої соціальної революції. В1918 р. була створена науково-дослідна база радіотехніки в Нижегородськійрадіолабораторії, науковим керівником якої був М.А. Бонч-Бруєвич.
В 1922 р. працівники Нижегородськоїрадіолабораторії вперше здійснили підсилення і генерування електричних коливаньз допомогою кристалічних напівпровідників. В 40-х роках були розроблені новітипи електронних приладів для приймачів НВЧ при вдосконаленні напівпровідниковихдіодів були створені транзистори. Важливі переваги транзисторів — малі габаритирозміри і мале споживання потужності — забезпечило їх широке використання врадіотехніці. З появою інтегральних мікросхем (ІМС) і мікропроцесорів вдалосьреалізувати ефективні методи обробітку сигналів в приймачах.
Сучасні радіоприймальні пристроївідрізняються один від одного призначенням, видом приймаючих сигналів,параметрами та ін. По призначенню радіоприймальні пристрої можна поділити напрофесійні і радіотрансляційні.
Радіоприймальні пристрої можнакласифікувати по наступним ознакам:
— по місцю встановлення приймачів — стаціонарні, переносні, автомобільні та ін.;
— по діапазону приймальних хвильприймачі: міліметрових, кілометрових, гектометрових, декаметрових, метрових,дециметрових, сантиметрових, міліметрових і оптичних хвиль;
— по виду модуляції прийнятих сигналівдля прийому сигналів, модульованих по амплітуді (АМ), частоті (ЧМ), або фазі(ФМ), а також імпульсних сигналів;
— по довжині ліній радіозв'язку — магістральнідля постійної експлуатації на довгих лініях радіозв'язку між: великими містами;обласні для зв'язку між: обласними центрами; низовий зв'язок для зв'язку всередині районів, підприємств та ін.;
— по методу живлення — від мережізмінного струму, бортової мережі, від акумуляторів та ін.;
— по роду роботи телефонні, телеграфні,фототелеграфні та ін.;
— по методу побудови трактів приймачіпрямого підсилення і супергетеродинні.
1. Вибір та обгрунтуваннясупергетеродинного прийому і вибір проміжної частоти
Призначення радіо трактів в приймачі — забезпечує підсилення сигналу і його фільтрацію від шумів. Для підсоленнясигналу використовують підсилювачі, для фільтрації — частотно селективніланцюги. Підсилення сигналу в раді тракті може забезпечуватися на радіочастотібез її перетворення, або з радіо трактом, в якому здійснюється підсилення нарадіочастоті, називається приймачем прямого підсилення, приймач з перетвореннямчастоти в радіотракті супергетеродинним.
Приймач прямого підсилення дозволяєздійснити прийом сигналів з різними видами модуляції і забезпечує фільтраціюкорисного сигналу від шумів. При настройці приймача прямого підсилення начастоту сигналу перестроюють всі селективні ланцюги його радіотракту. Донедоліків приймача прямого підсилення можна віднести:
— складність схеми настройкирадіоприймального пристрою при зміні сигналів в заданому діапазоні частот;
— суттєва зміна основних показниківрадіо тракту при його перестройці;
— складність отримання стабільногопідсилення сигналу в радіотракті.
Діапазонний приймач прямого підсилення звисокими якісними показниками — це складний, а відповідно дорогий пристій.
Хоч як би ми ускладнювали схемиприймачів прямого
підсилення, все ж вони не можутьзабезпечити належної вибірковості і чутливості. Якщо, наприклад, взяти понад2-3 резонансні контури у ПВЧ, то приймач буде важко настроїти, він працюватименестабільно і буде здатний до самозбудження. Якщо ж додавати каскади ПНЧ, товибірковість не поліпшиться, збільшиться тільки загальне підсилення сигналів.Як правило в приймачах встановлюють не більше як три каскади ПНЧ. Цей недолікбуло усунено у супергетеродинному приймачі, в якому основне підсилення сигналуі вибірковість проводяться на одній фіксованій, так званій проміжній частоті.
Щоб добути проміжну частоту, прийнятийсигнал змішують з коливаннями ВЧ від генератора (гетеродина) в змішувачі. Внаслідок змішування двох напруг двох частот (прийнятого сигналу і гетеродина)виникає нова напруга, частота якої дорівнює різниці частот змішуваних сигналів.Якщо частоту гетеродина змішувати пропорційно частоті зміні вихідного сигналупід час перестроювання з однієї станції на іншу, то різниця частот залишаєтьсясталою. Стала (проміжна) частота залишається модульованою, і після детектуваннястворюється можливість відновити сигнал НЧ. Сигнал від радіостанції так само,як і в приймачі прямого підсилення, надходять з антени на вхідні кола, а потіму ПВЧ. Виділений вхідними колами і підсилений в ПВЧ він потрапляє наперетворювач. Одночасно на перетворювач подається напруга з частотоюгетеродина. В наслідок зміщування двох частот виділяється напруга ПЧ, якапідсилюється в каскаді ППЧ. Після каскаду ППЧ встановлено зазвичай, як і вприймачах прямого підсилення, детектор і ПНЧ.
Переваги супергетеродинного приймача в порівнянніз приймачем прямого підсилення заклечається в тому, що:
— суттєво спрощується його системанастройки, оскільки перестроюються тільки селективні ланцюги вхідного кола, УРЧі гетеродина;
— в супергетеродинному приймачі можназабезпечити значно кращу фільтрацію сигналу від шумів. Результуюча АЧХрадіотракту приймача визначається в основному АЧХ селективних ланцюгів трактупроміжної частоти. Цей тракт не перестроюється, тому в ньому можнавикористовувати складні резонансні ланцюги з АЧХ, дуже близьким до ідеальних;
— при перестройці приймача основніпоказники радоітракту практично не змінюються, так як вони в основномувизначаються показниками тракту проміжної частоти, настроєного на постійнучастоту;
— в супергетеродинному приймачі простішезабезпечити велике підсилення.
В одних випадках проміжну частотупотрібно вибирати більш високою, а в інших — більш низькою.
Вибір більш низької частот забезпечує:
— більше підсилення на один каскад УПЧ;
— більшу вибірковість по сусідньомуканалу;
— необхідну смугу пропускання при конструктивномузабезпечені добротностей контурів;
— менший вплив підсилювальних приладівна стійкість роботи приймача.
Вибір більш високої проміжної частотизабезпечує:
— кращу вибірковість по сусідньомуканалу;
— краще і більш просте розділеннянесучої частоти і частоти модуляції модуляції в детекторі;
— більш високу стабільність гетеродиназа рахунок меншого впливу параметрів сигнального контуру на параметригетеродинного контуру.
Проміжнучастоту вибирають із наступних міркувань:
— повинна вибиратися поза діапазономприймаючих частот і знаходитись як можна далі від його меж. Це підвищуєвибірковість по дзеркальному каналі;
— повинна знаходитися як можна далі відчастоти потужної близько розміщеної радіостанції. Проміжна частота встановлюєтьсяГОСТом:
— для радіооповіщення і трансляційнихприймачів — 465 кГц, 10,7 МГц;
— для телевізійних приймачів: каналзображення — 38 МГц; для звукового каналу — 31,5МГц;
— для зв'язаних приймачів — стандартніпроміжні частоти 85, 128, 205, 465, 500, 915, 1222кГц; 12,8; 10,7; 25; 37,8;42,8МГц.
Для свого приймача я обираю проміжнучастоту рівну 465 кГц.
2. Попередній розрахунок
2.1 Розподіл частотних спотворень по трактахприймача
Данікурсового проекту зведені в таблицю 1.
Таблиця1Діапазон Чутливість Вибірковість Вибірковість Вибірковість Полоса Часто- Вихідна частот по сусід- по дзер- на краях відтво- тні спот- потуж- приймаємого ньому кальному тракта рюваних ворення ність сигналу каналу каналу радіоча- НЧ тракту стоти НЧ МГц мкВ дБ дБ дБ Гц бД Вт 6÷7,5 70 44 20 8 150÷3000 8 0,8
Рекомендаціїпо розподілу ЧС на один контур приведені в таблиці 2.
Таблиця2ДХ СХ КХ 1,5÷4 дБ 0,5÷1,5 дБ 0,2÷0,5 дБ
РозподілившиЧС по трактам приймача маємо таблицю 3.
Таблиця3Тракт Тракт Детектор Попередній Кінцевий РЧ НЧ ПНЧ ПНЧ дБ дБ дБ дБ дБ 4 1 0,5 1 1
2.2 Визначенняеквівалентної добротності і кількості контурів тракту радіочастоти
Розрахунокеквівалентної добротності та числа коливальних контурів тракту радіочастотипроводимо по заданій вибірковості по дзеркальному каналу δдзкна максимальній частоті діапазону і по частотних спотвореннях, для даноготракту на мінімальній частоті — найгірший випадок. Орієнтовне число контурів nc=1.
/> (3.1)
/> (3.2)
nc — кількість контурів.
/> (3.3)
Необхіднадобротність контурів забезпечує задане послаблення на краях полоси пропускання.
/>
/> (3.4)
/>
Необхіднадобротність контурів, забезпечує задану вибірковість по дзеркальному каналу.
/> (3.5)
/> (3.6)
/> (3.7)
/>
ДляУКХ діапазону ψ=0,5÷0,9
/> (3.8)
/>
Обираємо:
/> (3.9)
/>
/> (3.10)
/>
/>(3.11)
/>
/> (3.12)
/>
/> (3.13)
/>
Такяк Qemin
Привикористанні одиночних контурів для крайніх точок діапазону fmax i fminвизначимо наступні параметри:
/>
/> (3.14)
/>
/> (3.15)
/>
/> (3.16)
/>
/> (3.17)
/>
приймач тракт частота схема
Ослабленняна краях полоси пропускання δП
/> (3.18)
/>
/> (3.19)
/>
/> (3.20)
/>
/> (3.21)
/>
Повиннавиконуватися умова δПmax
Визначимодзеркальні частоти
/> (3.22)
/>/>
/> (3.23)
/>/>
Розраховуємовибірковість по дзеркальному каналу
/>(3.24)
/>
/>(3.25)
/>
Порівняєморозраховане значення вибірковості по дзеркальному каналу з заданою величиною,повинна виконуватися слідуюча умова: δдзкmin >δдзкmax>δдзк. 15,03>11.8>10, умова виконується, отже,розрахунки виконані вірно.
2.3 Вибір коливальних систем тракту проміжноїчастоти. Визначення їх еквівалентної добротності
Розрахунокведеться по заданій вибірковості по сусідньому каналу δск іпослабленню на краях полоси пропускання тракту радіо частоти δп.
Необхідновраховувати, що в транзисторних приймачах, а також в приймачах на ІМС в якостінавантаження перетворювача використовується фільтр зосередженої селекції ФЗС.Вибірковість по сусідньому каналу δск зосереджують в одномубагатоканальному фільтрі, так, як контури сильно шунтуються малим вхіднимопором транзисторів чи ІМС.
Потрібногопідсилення досягають за рахунок використання каскадів аперіодичних підсилювачівпроміжної частоти або каскадів з одиночними контурами.
Приймемочисло контурів Ппр=1.
Визначимовибірковість по сусідньому каналу і частотні спотворення для першого ФЗС:
/> (3.26)
/>
/> (3.27)
/>
Задаємовеличину відносної розстрочки αп на межі полоси пропускання.
Приймемоαп=0,8÷0,9
/> (3.28)
/>
Необхіднадобротність контурів ФЗС:
/> (3.29)
/>
Повинна виконуватися умова QК≥QН, так як цеконструктивно неможливо, то визначаємо необхідну розрахункову полосу ФЗС примаксимальному QК:
/> (3.30)
Визначаємовеличину відносної розстройки:
а)на краях полоси пропускання ППЧ:
/> (3.31)
/>
б)для сусіднього каналу:
/> (3.32)
/>
Визначаємовеличину узагальненого затухання:
/> (3.33)
/>
Покривій для прийнятого β і по визначених αп і αсвизначаємо послаблення на краях смуги пропускання δП1 івибірковості по сусідньому каналу δСК1, які забезпечуютьсяпершим контуром ФЗС.
δП1=0,5дБ
δСК1=23,3дБ
Визначаємокількість контурів фільтра зосередженої селекції, необхідних для забезпеченнявибірковості по сусідньому каналу на один фільтр:
/> (3.34)
/>
Так,як кількість контурів може бути лише цілим числом, округливши до більшого маємоnи=2.
Визначимокількість контурів фільтра, що забезпечують задане послаблення на краях полосипропускання на один фільтр:
/> (3.35)
/>
Так,як nп≥nи (округленого), то розрахунок вірний, іможна прийняти nф= nи= 2 при β=0,7.
Визначимопослаблення на краях полоси пропускання:
/> (3.36)
/>
Визначаємовибірковість по сусідньому каналу:
/> (3.37)
/>. Це значенняє більшим за δск по завданню.
2.4 Порівняння величини частотних спотворень ззаданою величиною
Необхіднопереконатися що:
/> (3.38)
0,05+6,5+0,6+0,7≤8.Оскільки умова виконується, отже розрахунки виконані вірно.
2.5 Розрахунок підсилення. Вибір підсилювальнихкаскадів. Вибір електричних приладів
Визначеннякількості каскадів ВЧ тракта і тракта проміжної частоти. Для цього потрібно спочаткувибрати схнму детектора і режим детектування. В радіоприймальних приладахосновною системою детектування, яка зараз використовується, є послідовна, черезте, що вона має великий вхідний опір.
Існуєдва режими детектування: лінійний і квадратичний.
Длясвого курсового проекту я обираю квадратичний вид детектування, якийвикористовується в більшій кількості сучасний приймачів третього і четвертогокласів. Для квадратичного режиму детектування:
Uд.вх.=0,1÷0,6Ві Кд=0,6÷0,8
Потрібнийкоефіцієнт підсилення визначаємо за формулою (з розрахунком запасу30÷50%):
/> (3.39)
КТ= 2119
2.6 Вибір та обґрунтування детектора і детекторногоприладу
Амплітуднийдетектор перетворює амплітудно модульовані високочастотні коливання в низькочастотні. При цьому спектр низькочастотних коливань повинен відповідати спектрусигналу, що передається.
Доамплітудних детекторів встановлюються наступні вимоги, які повинні забезпечититакі якісні показники сигналу при передачі:
— найбільш можливий коефіцієнт передачі;
— найбільший вхідний опір;
— мінімальна амплітуда напруги високої частоти на виході детектора;
— якнайменше частотних і нелінійних спотворень.
Керуючисьрозрахунками, а також поставленим завданням, я обираю послідовний амплітуднийдіодний детектор. Цей детектор широко використовується в багатьох сучаснихрадіоприймачах СХ діапазону. Сам детектор виконаний на мікросхемі К174ХА10, якабула мною, обрана для побудови приймача.
3. Електричний розрахуноккаскаду
3.1 Розрахунок амплітудного детектора
Вихіднунапругу детектора визначаю з формули:
Uд.вих=КдĦ т Ħ Uд.вх (4.1)
Uд.вх=0,1÷0,6(В)
Кд=0,6÷0,8
т-коефіцієнтглибини модуляції
т=0,6
Uд.вих=0,7Ħ 0,6 Ħ 0,5 = 0,21 (В)
Далідля розрахунку НЧ тракту потрібно знати амплітуду струму бази (першого каскадумікросхеми):
/> (4.2)
деRН=2 Ħ Кд Ħ Rвхд (4.3)
Rвхд =25 (кОм)
RН=2Ħ 0,7 Ħ 4 = 5,6 (кОм)
/>
4. Опис роботи схеми
Високочастотнийсигнал з антени потрапляе у вхідне коло, де за допомогою варикапу з електронноюпідстройкою, який безпосередньо зв’язанийз варикапом у контурі гетеродина,обирається необхідна частота. Електронна підстройка здійснюється за допомогоюзміни опору потенціометра R3, який змінює величину напруги, яка подається наварикап.
Звхідного кола сигнал поступає на ніжки 6 і 7 мікросхеми К174ХА10. Підсилюєтьсяв підсилювачі високої частоти. Далі зигнал потрапляє в змішувач, куди одночасноз ним поступає сигнал з гетеродина. З змішувача (ніжка 4) сигнал проміжноїчастоти, через фільтр зосередженої селекції, який складається з двох контурів,сигнал поступає на вхід підсилювача проміжної частоти.
Підсилювачпроміжної частоти виконаний на тій же мікросхемі, його входом є ніжки 1 та 2, зйого виходу (ніжки 15 і 16) підсилений сигнал потрапляє в демодулятор (входомякого є ніжка 14). На цьому етапі вводиться автоматичне регулювання підсиленнята автоматична підстройка частоти.
Автоматичнерегулювання підсилення здійснюється безпосередньо в мікросхемі, яка має всвоему складі блок АРП, недоліком якого є відсутність можливості зовнішньоговпливу на нього користувачем.
Автоматичнапідстройка частоти. Сигнал на вхід системи АПЧ потрапляє з виходу підсилювачапроміжної частоти. Схема автоматичної підстройки частоти складається замплітудного обмежувача, який виконано на транзисторі VT1 та діоді VD8; тачастотного детектора виконаного на діоді VD9. Зв’язок між амплітуднимобмежувачем та частотним детектором автотрансформаторний, що покращуєузгодження опорів, та чутливість автопідстройки. Сигнал з виходу схемиавтоматичної підстройки частоти потрапляє на потенціометр R3, збільшуючи, абозменшуючи спад напруги на ньому і відповідно на варикапах коливальних контуріввхідного кола і контуру гетеродина.
Звиходу демодулятора (ніжка 8) низькочастотний сигнал через ємність С3 потрапляєна вхід підсилювача низької частоти.
Входомпідсилювача низької частоти є ніжки 11 і 12. Оскільки вихідний сигнал маєпотужність 0,4Вт, що є недостатнім за завданням на курсовий проект. В схемудодатково включений потужний підсилюючий каскад, який забраний на мікросхеміК174УН4Б.
Навхід потужного підсилювача сигнал потрапляє з ніжок 9 і 10 ПНЧ мікросхемиК174ХА10. Зв’язок між каскадами ємнісний (через С4). Входом потужногопідсилюючого каскаду є ніжки 1 та 4. З виходу каскаду (ніжки 6 і 8) сигналпотужністю 0,8Вт, через ємність С13 та потенціометр R11 поступає нагучномовець. Потенціометр R11 виконує роль регулятора гучності. Каскаддодатково охоплений негативним зворотним зв’язком через резистор R9, сигнал зякого поступає на ніжку 2.
Напругаживлення мікросхеми К174ХА10 складає 4,5В, а
К174УН4Б- 9В. Для живлення приймача мною розроблено блок живлення з випрямлячем тастабілізатором напруги. Напруга з мережі ģ220В через трансформатор напругиTV1 потрапляє на діодний міст виконаний на діодах VD3-VD6, він перетворюєзмінну напругу в постійну. За допомогу стабілізатора VD7 напруга стабілізуєтьсяі через резистори дільники R3 і R4 живить мікросхеми.
Длязабезпечення автономної роботи приймача, а також для зменшення його габаритнихрозмірів та вартості, можна зробити живлення від батареї типу «Крона».
Висновок
Вкурсовому проекті, мною був виконаний розрахунок приймача супергетеродинноготипу з амплітудною модуляцією.
Відповіднодо розрахунків була складена принципова схема. За допомогою якої з довідникабули обрані інтегральні мікросхеми, та складена принципова схема приймача.
Розрахованийв курсовому проекті радіоприймач відповідає сучасному рівню розвиткуелектроніки, виконаний на інтегральних мікросхемах, має електронну настройкучастоти, включає в себе системи автоматичного регулювання підсилення тапідстройки частоти.
Перелік посилань
1.И.В. Новаченко «Микросхемы для бытовой радиоапаратуры» Москва «Радио и связь»,1989 г.
2.Д.И. Атаев «Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой радиопаратуры» Москва«МЭЧ», 1991 г.
3.С.В. Якубовский «Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы» Москва «Радио исвязь», 1989 г.