Изучение принципов моделирования радиотехнических устройств. Расчет элементов радиоприемного устройства супергетеродинного типа и прохождения сигнала через них. Анализ усилителя радиочастоты, гетеродина и смесителя. Оценка действия фильтра и детектора.
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 выбираю схему с однократным преобразованием частоты, схема которого показана на рисунке 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.Исходные данные приведены в таблице 2.1. Таблица 2.1 Тип приемника УКВ Частотный диапазон 120000-145000 КГЦ Полоса частот на 1 канал 140 КГЦВходными 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 3.1.3, а значения емкости переменного конденсатора отражены в таблице 3.1.1.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. В качестве УРЧ я выбираю усилитель с автотрансформаторной связью на полевых транзисторах с ОИ, т.к. автотрансформаторное подключение повышает устойчивость усилителя. Схема УРЧ с автотрансформаторной связью на полевых транзисторах приведена на рисунке 3.2.1. Проанализировать влияние температуры окружающей среды в диапазоне от-20 до 600 на АЧХ усилителя.Определить режимы элементов схемы по постоянному току с применением функции DC Operating Point -Проанализировать влияние температуры окружающей среды в диапазоне от-20°до 60° на частоту и амплитуду колебаний гетеродина с применением функции Temperature Sweep Произвести расчет карты нулей и полюсов передаточной характеристики гетеродина с применением функции Pole-Zero Я выбираю гетеродин УКВ диапазона (LC генератор с емкостной связью - схему Колпитца), так как приемник должен работать в УКВ-диапазоне. В этом пункте мне нужно подобрать элементы C и L так, чтобы гетеродин генерировал колебания в нужном мне диапазоне.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 Я выбрал смеситель на биполярном транзисторе. АЧХ смесителя представлена на рисунке 3.4.2.План выполнения работы по этапу: - Выбор схемы фильтра сосредоточенной селекции и его обоснование Расчет и подбор параметров элементов фильтра сосредоточенной селекции c учетом варианта задания Статистический анализ влияния производственных допусков элементов фильтра сосредоточенной селекции на его АЧХ с применением функции Monte Carlo С помощью фильтра сосредоточенной селекции выделяется разностный сигнал постоянной промежуточной частоты. Я выбрал фильтр для УКВ диапазона, т.к. я работаю именно в этом диапазоне.Измерение АЧХ усилителя с применением функции AC Analysis Определение режимов элементов схемы по постоянному току с применением функции DC Operating Point Анализ влияния темп
План
Содержание
Введение
1. Устройство супергетеродинного приемника
2. Исходные данные
3. Расчет и моделирование элементов супергетеродинного приемника
3.1 Входная цепь (ВЦ)
3.2 Анализ усилителя радиочастоты (УРЧ)
3.3 Гетеродин
3.4 Смеситель
3.5 Фильтр сосредоточенной селекции
3.6 Усилитель промежуточной частоты
3.7 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.
3.2 Анализ усилителя 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).
В качестве УРЧ я выбираю усилитель с автотрансформаторной связью на полевых транзисторах с ОИ, т.к. автотрансформаторное подключение повышает устойчивость усилителя. Кроме того, данный тип схемы является самым распространенным, благодаря емкости подбора связи между усилительным прибором и контуром.
Схема УРЧ с автотрансформаторной связью на полевых транзисторах приведена на рисунке 3.2.1.
Рисунок 3.2.1 Схема УРЧ с трансформаторной связью на полевых транзисторах.
План выполнения работы по этапу: - Рассчитать параметры Cf, Rf
- Определить оптимальную величину напряжения источника питания E.
- Измерить АЧХ усилителя во всем диапазоне изменения емкости переменного конденсатора С.
- Проанализировать влияние температуры окружающей среды в диапазоне от -20 до 600 на АЧХ усилителя.
-Произвести статистический анализ влияния производственных допусков элементов на ее АЧХ.
- Произвести анализ устойчивости усилителя.
Расчет параметров элементов Cf, Rf.
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 = 8,2 ПФ, Rf=2 КОМ
Подбор параметров элементов сопротивления и емкостей с учетом варианта задания
В качестве значения переменной емкости С я взял 1.73 ПФ. Это значение соответствует резонансной частоте 120 МГЦ, поэтому мне нужно будет подобрать элементы схемы так, чтобы максимум АЧХ находился на этой частоте.
На рисунке 3.2.2 приведена АЧХ усилителя при подобранных значениях элементов.
Рисунок 3.2.2 АЧХ усилителя (при С=1,73 ПФ)
Определение оптимальной величины напряжения источника питания Е с применением функции Parameter Sweep
Результаты анализа приведены на рисунке 3.2.3.
Рисунок 3.2.3 АЧХ усилителя при различных значениях температуры
Проанализировав семейство графиков я увидел, что увеличивать напряжение Е больше чем 10 В не имеет смысла, т.к. это не приводит к дальнейшему увеличению максимума АЧХ. Поэтому я беру значение напряжения источника E равным 10 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 3.2.1. В этой таблице отражены значения всех токов и напряжений различных узлов схемы УРЧ.
Таблица 3.2.1
Измерение АЧХ усилителя во всем диапазоне изменения емкости переменного конденсатора С с применением функции Parameter Sweep
В моем случае значение емкости будет изменяться от 1,23 до 1,73 ПФ. При этом должна меняться резонансная частота УРЧ в рабочем диапазоне 120 - 145 МГЦ.
Семейство АЧХ УРЧ при различных значениях емкости С приведено на рисунке 3.2.4.
Рисунок 3.2.4 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 3.2.5.
Рисунок 3.2.5 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 3.2.6 иллюстрирует, как будет изменяться АЧХ при допуске на элементы в 1%. Это я делаю с помощью функции Worst Case. Описание прохода отражено в таблице 3.2.2.
Рисунок 3.2.6 Анализ влияния допусков элементов на АЧХ усилителя с помощью функции Worst Case.
Таблица 3.2.2
Проанализировав эти данные, можно сделать вывод, что допуск элементов в 1% допустим и не оказывает значительного влияния на АЧХ усилителя.
Анализ схемы при помощи функции Monte Carlo отображен на рисунке 3.2.7 описание прохода проведено в таблице 3.2.3.
Рисунок 3.2.7 Анализ влияния допусков элементов на АЧХ усилителя с помощью функции Monte Carlo.
Проанализировав графики можно сделать вывод, что допуск элементов 3% значительнее влияет на АЧХ усилителя и сильнее влияет на его резонансную частоту. Поэтому допуск в 3% недопустим для данной схемы.
Таблица 3.2.3
Анализ устойчивости усилителя с применением функции Pole-Zero
Нули и полюса передаточной функции представлены в таблице 3.2.4. Из этой таблицы видно, что нули и полюса имеют отрицательную вещественную часть, следовательно, система является устойчивой.
Таблица 3.2.4
Перестройка 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
