Анализ исходных данных и выбор структуры приемника. Входные цепи супергетеродинного приемника, измерение коэффициента передачи в рабочем частотном диапазоне. Выбор схемы усилителя радиочастоты и детектора, их обоснование. Фильтр сосредоточенной селекции.
При низкой оригинальности работы "Расчет и моделирование элементов супергетеродинного приемника", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Супергетеродинный радиоприемник (супергетеродин) - один из типов радиоприемников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты с последующим ее усилением. Основное преимущество супергетеродина перед радиоприемником прямого усиления в том, что наиболее критичные для качества приема части приемного тракта (узкополосный фильтр, усилитель ПЧ и демодулятор) не должны перестраиваться под разные частоты, что позволяет выполнить их со значительно лучшими характеристиками.В качестве структурной схемы выбираем схему с однократным преобразованием частоты, схема которого показана на рисунке 1.1.1. Радиосигнал из антенны подается на входную цепь (ВЦ), затем на вход усилителя радиочастоты (УРЧ), а затем на вход смесителя (С) - специального элемента с двумя входами и одним выходом, осуществляющего операцию преобразования сигнала по частоте. На второй вход смесителя подается сигнал с локального маломощного генератора высокой частоты - гетеродина (Г). Таким образом, на выходе смесителя образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот гетеродина и принимаемой радиостанции. Разностный сигнал постоянной промежуточной частоты выделяется с помощью полосового фильтра и усиливается в усилителе промежуточной частоты (УПЧ), после чего поступает на фильтр сосредоточенной селекции (ФСС), а затем на демодулятор (Д), восстанавливающий сигнал низкой (звуковой) частоты.Входными цепями (ВЦ) радиоприемника называют цепи, связывающие антенно-фидерную систему с первым усилительным или преобразовательным каскадом приемника. Для повышения чувствительности и реальной селективности гетеродинного приемника входная цепь должна обеспечивать близкий к единице коэффициент передачи мощности в рабочем диапазоне частот и как можно большее ослабление внедиапазонных сигналов. Все это - свойства идеального полосового фильтра, поэтому и выполнять входную цепь надо в виде фильтра. Определить АЧХ и ФЧХ входной цепи во всем диапазоне изменения емкости переменного конденсатора С. АЧХ и ФЧХ входной цепи показаны на рисунке 2.1.3, а значения емкости переменного конденсатора отражены в таблице 2.1.1.В ходе расчета и моделирования входной цепи мною были подобраны номиналы входной цепи, были получены АЧХ и ФЧХ при различных значениях емкости переменного конденсатора, а также измерено время запаздывания сигнала для различных частот. Схема отвечает требованиям, предъявленным в задании: работает в заданном диапазоне частот, обеспечивает нужную избирательность, сигналы проходят без искажений. Схема отвечает исходным данным (обеспечивает нужную избирательность частот 120-145 МГЦ), коэффициент передачи входной цепи примерно постоянен во всей полосе рабочих частот, спад характеристики меньше 3ДБ. определение режимов элементов схемы по постоянному току с применением функции DC Operating Point В качестве УРЧ я выбираю схему с автотрансформаторной связью на полевых транзисторах, потому что такая схема обладает высоким входным сопротивлением, и не будет оказывать нежелательного влияния на входную цепь и антенну.Полученный УРЧ отвечает всем необходимым требованиям, его характеристики не зависят от температуры в заданном диапазоне, почти не зависят от напряжения питания, следовательно, требования к источнику питания не строгие.Гетеродин определяет качественные показатели преобразователя частоты. Как бы ни изменялась частота принимаемого сигнала в заданном диапазоне частот, гетеродин должен генерировать колебания, которые должны быть выше (при верхней настройке) или ниже (при нижней настройке) частоты принимаемого сигнала. определение режимов элементов схемы по постоянному току с применением функции DC Operating Point Гетеродины реализуются на основе генераторов гармонических колебаний, которые представляют собой устройства из частотно-избирательной цепи и активного элемента. Генераторы LC имеют сравнительно высокую стабильность частоты колебаний, устойчиво работают при значительных изменениях параметров транзисторов, обеспечивают получение колебаний, имеющих малый коэффициент гармоник.В смесителе происходит преобразование колебаний высокой частоты принимаемых сигналов в колебания более низкой (промежуточной) частоты, которая для любой частоты принимаемого сигнала остается неизменной. Преобразование частоты осуществляется с помощью нелинейных элементов (полупроводниковых диодов и транзисторов, электронных ламп) или элементов с изменяющимися параметрами (полевых транзисторов с двумя затворами, электронных ламп с двумя управляющими сетками). определение режимов элементов схемы по постоянному току с применением функции DC Operating Point В данном варианте курсовой работы предлагается разработать смеситель для КВ диапазона (3,2 МГЦ - 7,5 МГЦ), обеспечивающие низкие уровни шумов и искажений. Поэтому для его реализации выберем смеситель на биполярном транзисторе (рисунок 2.4.1), так как эта схема наиболее проста и не требует использования трансформатора, что уменьшит габариты и вес схемы.С помощью фильтра сосредоточ
План
Содержание
Введение
1.Анализ исходных данных и выбор структуры приемника
1.1 Структурная схема приемника
1.2 Анализ исходных данных задания
2. Расчет и моделирование элементов супергетеродинного приемника
2.1 Входная цепь
2.2 Усилитель радиочастоты (УРЧ)
2.3 Гетеродин
2.4 Смеситель
2.5 Фильтр сосредоточенной селекции
2.6 Усилитель промежуточной частоты
2.7 Детектор
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Супергетеродинный радиоприемник (супергетеродин) - один из типов радиоприемников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты с последующим ее усилением. Основное преимущество супергетеродина перед радиоприемником прямого усиления в том, что наиболее критичные для качества приема части приемного тракта (узкополосный фильтр, усилитель ПЧ и демодулятор) не должны перестраиваться под разные частоты, что позволяет выполнить их со значительно лучшими характеристиками.
Целью данной курсовой работы является, изучение принципов моделирования радиотехнических устройств, расчета их элементов и сигналопрохождения через них на примере радиоприемного устройства супергетеродинного типа.
В процессе выполнения курсовой работы необходимо рассчитать и смоделировать элементы супергетеродинного приемника. Расчет и подбор элементов производится самостоятельно. Моделирование элементов приемника происходит в программах Multisim 2001 и Multisim 10.1.
Рассчитанный и смоделированный супергетеродинный приемник должен соответствовать параметрам заданным вариантом: использовать необходимый вид модуляции, диапазон частот, пропускную способность и.т.д.
Вывод
В ходе расчета и моделирования входной цепи мною были подобраны номиналы входной цепи, были получены АЧХ и ФЧХ при различных значениях емкости переменного конденсатора, а также измерено время запаздывания сигнала для различных частот. Схема отвечает требованиям, предъявленным в задании: работает в заданном диапазоне частот, обеспечивает нужную избирательность, сигналы проходят без искажений. Схема отвечает исходным данным (обеспечивает нужную избирательность частот 120-145 МГЦ), коэффициент передачи входной цепи примерно постоянен во всей полосе рабочих частот, спад характеристики меньше 3ДБ.
2.2 Усилитель радиочастоты (УРЧ)
Усилителем радиочастоты (УРЧ) называется каскад, осуществляющий усиление принимаемых сигналов на их собственных частотах, без изменения спектра.
Функции УРЧ: - обеспечение усиления сигнала по мощности или по напряжению
- обеспечение эффективной частотной избирательности РПУ
- обеспечение защиты цепи антенны от проникновения частоты гетеродина (в случае проникновения частоты гетеродина в цепи антенны, РПУ начинает работать как маломощный передатчик и будет создавать помехи близко расположенным РПУ).
План выполнения работы по этапу
- выбор схемы усилителя радиочастоты и его обоснование
- электрический расчет параметров элементов контура
- подбор параметров сопротивлений и емкостей
- определение оптимальной величины напряжения источника питания Е с применением функции Parameter Sweep
- определение режимов элементов схемы по постоянному току с применением функции DC Operating Point
- измерение АЧХ усилителя во всем диапазоне изменения емкости переменного конденсатора С с применением функции Parameter Sweep
- анализ влияния температуры окружающей среды в диапазоне от -20° до 60° на АЧХ усилителя с применением функции Temperature Sweep
- статистический анализ влияния производственных допусков элементов усилителя на его АЧХ с применением функций Worst Case и Monte Carlo
- анализ устойчивости усилителя с применением функции Pole-Zero
Выбор схемы усилителя радиочастоты
В качестве УРЧ я выбираю схему с автотрансформаторной связью на полевых транзисторах, потому что такая схема обладает высоким входным сопротивлением, и не будет оказывать нежелательного влияния на входную цепь и антенну. Будет хорошо согласоваться с входной цепью с емкостной связью. Схема также не содержит трансформаторов
Схема УРЧ с автотрансформаторной связью на полевых транзисторах приведена на рисунке 2.2.1.
Рисунок 2.2.1 - Схема УРЧ с трансформаторной связью на полевых транзисторах.
Электрический расчет параметров элементов контура
Для схем УРЧ с автотрансформаторной связью должны выполняться следующие соотношения: , где Cf в НФ, fmin в МГЦ, в Rf КОМ. Rf обычно выбирают в пределах 0,2-3,0 КОМ.
Я возьму Rf =2 КОМ. Следовательно, теперь я могу рассчитать Cf:
В итоге, я получил: Cf = 320 ПФ, Rf=2 КОМ
Подбор параметров элементов сопротивления и емкостей с учетом варианта задания
В качестве значения переменной емкости С я взял 100 ПФ. Это значение соответствует резонансной частоте 3,2 МГЦ, поэтому мне нужно будет подобрать элементы схемы так, чтобы максимум АЧХ находился на этой частоте.
Определение оптимальной величины напряжения источника питания Е с применением функции Parameter Sweep
Результаты моделирования приведены на рисунке 2.2.3 и в таблице 2.2.1.
Рисунок 2.2.3 - Изменение параметров устройства
Таблица 2.2.1 - Значения напряжения источника питания
Проанализировав семейство графиков я увидел, что увеличивать напряжение Е больше чем 20 В не имеет смысла (при этом напряжении находится максимум АЧХ из всего семейства), т.к. это не приводит к дальнейшему увеличению максимума АЧХ. Поэтому я беру значение напряжения источника E равным 20 В.
Определение режимов элементов схемы по постоянному току с применением функции DC Operating Point.
Результат анализа схемы с помощью функции DC Operation Point отражен в таблице 2.2.2. В этой таблице отражены значения всех токов и напряжений различных узлов схемы УРЧ. Получены значения напряжений во всех узлах схемы, при закороченных индуктивностях и разорванных емкостях.
Таблица 2.2.2 - результат анализа по постоянному току
Измерение АЧХ усилителя во всем диапазоне изменения емкости переменного конденсатора С с применением функции Parameter Sweep
В моем случае значение емкости будет изменяться от 32 до 100 ПФ. При этом должна меняться резонансная частота УРЧ в рабочем диапазоне 3,2 - 7,5 МГЦ. Семейство АЧХ УРЧ при различных значениях емкости С приведено на рисунке 2.2.4.
Рисунок 2.2.4 - АЧХ усилителя при различных значениях емкости С
Анализ влияния температуры окружающей среды в диапазоне от -20°до 60° на АЧХ усилителя с применением функции Temperature Sweep
Мне нужно посмотреть, как будет влиять изменение температуры на АЧХ усилителя. Семейство АЧХ для различных значений температур приведено на рисунке 2.2.5.
Рисунок 2.2.5 - Семейство АЧХ усилителя при различных значениях температуры.
Как видно из графика, температура практически не оказывает влияния на АЧХ усилителя, поэтому все графики наложились друг на друга и их невозможно различить. Это говорит о том, что изменение температуры не будет приводить к нарушению работы схемы.
Статистический анализ влияния производственных допусков элементов усилителя на его АЧХ с применением функций Worst Case и Monte Carlo
Мне нужно будет рассмотреть, как будут влиять производственные допуски элементов на АЧХ усилителя. Рисунок 2.2.6 иллюстрирует, как будет изменяться АЧХ при допуске на элементы в 4%. Это я делаю с помощью функции Monte Carlo. Описание прохода отражено в таблице 2.2.3.
Рисунок 2.2.6 - Анализ влияния допусков элементов на АЧХ усилителя с помощью функции Monte Carlo
Таблица 2.2.3 - описание анализа Монте-Карло
Проанализировав эти данные, можно сделать вывод, что допуск элементов в 4% недопустим и оказывает значительное влияние на АЧХ усилителя.
Анализ схемы при помощи функции Worst Case отображен на рисунке 2.2.7, описание прохода проведено в таблице 2.2.4.
Рисунок 2.2.7 - Анализ влияния допусков элементов на АЧХ усилителя с помощью функции Worst Case.
Таблица 2.2.4 - Описание проходов анализа Worst Case
Проанализировав графики можно сделать вывод, что допуск элементов 1% практически не влияет на АЧХ усилителя и его резонансную частоту. Поэтому допуск в 1% допустим для данной схемы.
Анализ устойчивости усилителя с применением функции Pole-Zero
Нули и полюса передаточной функции представлены в таблице 2.2.5. Из этой таблицы видно, что нули и полюса имеют отрицательную вещественную часть, следовательно, система является устойчивой.
Таблица 2.2.5 - результат анализа нулей и полюсовПерестройка частоты осуществляется конденсатором переменной емкости таким же, что используется во входной цепи. Полученный УРЧ отвечает всем необходимым требованиям, его характеристики не зависят от температуры в заданном диапазоне, почти не зависят от напряжения питания, следовательно, требования к источнику питания не строгие. Кроме того УРЧ был проверен на устойчивость, было оценено влияние допусков элементов на АЧХ усилителя.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
