Расчет супергетеродинного приемника в диапазоне средних волн - Курсовая работа

Слабая искра в резонаторе свидетельствовала о приеме высокочастотных электромагнитных колебаний. Попов, обратив основное внимание на отыскание возможностей приема очень слабых сигналов, т.е. на повышение чувствительности приемника. В дальнейшем Попов значительно повысил чувствительность своего приемника, введя в схему своего радиоприемника колебательный контур, настраиваемый в резонанс с частотой электромагнитных колебаний. Замена целых функциональных узлов и блоков радиоприемника интегральными микросхемами, замена конденсаторов переменной емкости или варикапными матрицами позволяют использовать новые методы конструирования радиоприемников, как-то: синтез частот, бесшумная настройка, автоматическая регулировка полосы пропускания при изменении уровня входных сигналов, программное управление приемником и т.д. Тематика курсового проектирования может быть самой разнообразной, но выбираться должна с таким расчетом, чтобы охватить большинство теоретических вопросов по предмету «Радиоприемные устройства».Выбираем конденсатор переменной емкости из таблицы 1.2, при этом должно выполняться условие: (1.9) где, - коэффициент диапазонности конденсатора переменной емкости; Коэффициент перекрытия рабочего диапазона находится по формуле: (1.10) Коэффициент диапазонности конденсатора переменной емкости находится из выражения: Кд = ; (1.11) где, - максимальная и минимальная емкости выбранного из таблицы 1.2 конденсатора, ПФ; Подстрочный конденсатор чаще всего используется с емкостью 5-30 ПФ. Схема входной цепи характеризуется видом связи контура входной цепи с первым каскадом приемника, а при использовании наружной антенны еще и видом связи контура с антенной.Коэффициент усиления преобразователя частоты, нагруженного на фильтр сосредоточенной селекции (ФСС), находим по формуле: (1.21) где, - коэффициент включения контура ФСС в цепь коллектора транзистора, примерно 0,6-0,8; Частотная избирательность обеспечивается в приемнике за счет колебательных контуров, избирательность по зеркальному каналу и промежуточной частоте - входной цепью и УРЧ. При этом значительную долю составляет избирательность за счет фильтров сосредоточенной селекции или пьезокерамических, пьезоэлектрических фильтров которые ставятся на выходе преобразователя частоты. Избирательность УПЧ в зависимости от числа резонансных каскадов находим: где, - избирательность одного каскада УПЧ (3-6 ДБ), n - число резонансных каскадов УПЧ. В случае применения фильтра сосредоточенной селекции ФСС необходимо рассчитать параметры фильтра по графикам рис.1, рис.2 определить избирательность одного звена фильтра Se1 Находим значение коэффициента по формулам: (1.27) где, - коэффициент;Наибольшее распространение в радиовещательных приемниках получила режимная схема автоматической регулировки усиления (АРУ), принцип действия которой заключается в изменении режима работы транзистора по постоянному току, в результате чего изменяется коэффициент усиления УПЧ. Схема с подачей напряжения АРУ на базу более экономична, так как требует меньшей мощности регулирования от детектора. Напряжение АРУ может создаваться либо сигнальным детектором, либо сигнальным детектором АРУ на диоде. Полярность включения диода в детекторе определятся полярностью напряжению регулирования, подаваемого на базу первого каскада УПЧ. Если транзистор р-п-р, то на выходе первого каскада должно быть положительное напряжение регулирования, для транзистора п-р-п типа наоборот, отрицательное (диод включен в противоположной полярности)Задача расчета - определить ориентировочные числовые характеристики. При выполнений оконечного каскада на микросхема предварительный расчет не производится, а лишь выбирается подходящая микросхема на следующий условий: обеспечение заданной выходной мощности; обеспечение заданных частотных и нелинейных искажение сигнала заданной полосы рабочих частот, учет потребляемой микросхемой меньше, чем напряжения питание и величина его. Если питания микросхемы меньше, чем напряжения питания усилителя на транзисторах то излишек напряжения можно погасить с помощью фильтра RC. Для транзисторного каскада находим амплитуду коллекторного тока исходя из заданной выходной мощности усилителя: (1.38) где, - заданная выходная мощность, Вт;Для улучшения надежности и повышения качества работы динамическая головка выбирается из условия: (2.1) где, - шумовая мощность головки (приводится в обозначений динамической головки), Вт; Нижняя воспроизводимая частота в данных головок соответствует резонансной частоте. В реальных корпусах приемника, ограниченных размеров, происходит увеличение резонансной частоты динамической головки в два - четыре раза, соответственно повышается и нижняя воспроизводимая частота. Максимальная мощность при заданном напряжении питания вычисляется по формуле: (2.3) где, - сопротивление динамической головки, из таблицы 2.1 Если получилось меньше, чем по формуле (2.3), то необходимо или применить выходные транзисторы с меньшим напряжением насыщения, или использовать специальные схемы УЗЧ, например м

Содержание

Введение

Тематика курсового проектирования

1. Предварительный расчет радиочастотной части

1.1 Проверка необходимости введение УРЧ (усилителя радиочастоты)

1.2 Определение числа поддиапазонов и выбор схемы входной цепи

1.3 Выбор схемы детектора

1.4 Определение необходимого усиления до усилителя необходимой частоты

1.5 Определение числа каскадов УПЧ

1.6 Обеспечение заданной избирательности и выбор схемы ФСС (фильтр сосредоточенной селекций)

1.7 Распределение частотных и нелинейных искажений по каскадам устройство связи (приемника)

1.8 Расчет автоматической регулировки усиления

1.9 Предварительный расчет оконечного каскада на транзисторах

2. Расчет структурной схемы УЗЧ (усилителя звуковой частот)

2.1 Выбор типа и числа динамических головок

2.2 Предварительный расчет оконечного каскада УЗЧ (усилителя звуковой частоты)

2.3 Определение усиления предварительного усилителя и числа предварительных каскад

Литература

Изобретение радиосвязи великим русским ученым А.С. Поповым в 1895 г. одно из величайших открытий науки и техники.

В 1864 г. английский физик Максвелл теоретически доказал существование электромагнитных волн, предсказанное еще Фарадеем, а в 1888 г. немецкий ученый Герц экспериментально доказал существование этих волн. Опыт Герца состоял в том, что с помощью катушки Румкорфа в пространстве создавались слабые электромагнитные волны, воспринимаемые тут же расположенным «резонатором». Слабая искра в резонаторе свидетельствовала о приеме высокочастотных электромагнитных колебаний. Казалось, что принцип связи без проводов уже найден, стоит лишь увеличить мощность передающего устройства. Именно по этому пути и шли ученые, которые хотели использовать волны Герца для связи без проводов. Однако это не привело к существенным результатам.

Другим путем пошел А.С. Попов, обратив основное внимание на отыскание возможностей приема очень слабых сигналов, т.е. на повышение чувствительности приемника.

7 мая 1895 г. А.С. Попов на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в Петербурге демонстрировал прибор, принимающий электромагнитные колебания. Этот прибор был первым в мире радиоприемным устройством; к нему было добавлено регистрирующее устройство и создан грозоотметчик.

Радиоприемное устройство Попова отличалось от приемных устройств предшествующих исследователей (Герца, Лоджа) двумя особенностями: наличием антенны и использованием усиления принятого сигнала.

В дальнейшем Попов значительно повысил чувствительность своего приемника, введя в схему своего радиоприемника колебательный контур, настраиваемый в резонанс с частотой электромагнитных колебаний.

В 1904 г. английский ученый Флеминг изобрел двухэлектродную лампу (диод), а в 1906 г. Ли де Форест ввел в нее третий электрод управляющую сетку. Электронная лампа вызвала большие изменения в технике радиосвязи. Дальнейшее развитие техники радиоприема было связано с усовершенствованием электронных ламп. С 1918 г. стали применять так называемую регенеративную схему, которая позволила значительно повысить чувствительность и избирательность радиоприемников.

В 1918 г. Армстронг получил патент на схему супергетеродинного приемника. В начале 30-х годов были созданы многосеточные лампы, в связи, с чем супергетеродинные схемы становятся основными для большинства выпускаемых радиоприемников. В 60-е годы началось освоение инфракрасного и оптического диапазонов волн. Развитие радиолокационной техники привело к разработке новых методов усиления слабых электрических колебаний. Были созданы малошумящие усилители СВЧ с использованием ламп бегущей волны, молекулярные и параметрические усилители, усилители на туннельных диодах. Развитие полупроводниковой электроники привело к новому направлению в разработке методов и устройств приема и обработки информации микроэлектронике. Успехи в развитии современной микроэлектроники позволяют значительно улучшить основные параметры радиоприемников. Замена целых функциональных узлов и блоков радиоприемника интегральными микросхемами, замена конденсаторов переменной емкости или варикапными матрицами позволяют использовать новые методы конструирования радиоприемников, как-то: синтез частот, бесшумная настройка, автоматическая регулировка полосы пропускания при изменении уровня входных сигналов, программное управление приемником и т.д.

Современная технология производства радиоэлектронной аппаратуры, принципиально новые схемные решения, реализация которых стала возможной на ее основе, так как количество элементов и сложность схем при использовании интегральных микросхем перестали быть ограничивающими факторами, позволили резко повысить качественные показатели всех видов радиоприемных устройств.

Современные радиоприемные устройства обеспечивают надежную связь с космическими станциями, работают в системах спутниковой связи, в многотысячекилометровых радиорелейных линиях. Судовождение, авиация, немыслимы сегодня без совершенных радиолокационных станций.

Современная научно-техническая революция находит свое яркое выражение в бурном развитии радиотехники, в частности техники радиоприемных устройств.

Тематика курсового проектирования

Тематика курсового проектирования может быть самой разнообразной, но выбираться должна с таким расчетом, чтобы охватить большинство теоретических вопросов по предмету «Радиоприемные устройства». При выборе тем необходимо использовать современную элементную базу транзисторы, микросхемы и т.д., а также современные промышленные образцы радиоприемников.

Примерный перечень тем курсового проектирования может быть следующим: Расчет транзисторного УНЧ с трансформаторным выходом.

Расчет транзисторного УНЧ с без трансформаторным выходом.

Расчет УНЧ с использованием микросхем.

Проверочный расчет промышленного радиоприемника.

Проверочный расчет промышленного УНЧ.

Расчет транзисторного радиоприемника.

Расчет радиоприемника с использованием микросхем.

Распределять темы в учебной группе следует с таким расчетом, чтобы не было повторяющихся вариантов. Общие число вариантов заданий должно быть равно числу учащихся в группе. В подгруппах можно распределить темы одного характера, но с различными данными. При расчете усилителей низкой частоты допускается использовать в качестве ориентиров образцы усилителей, электрофонов, магнитофонов, радиол, магнитол, телевизоров. Радиоприемники могут быть так для приема сигналов амплитудной модуляции, так и частотной модуляции. В расчетную часть проекта входит предварительный расчет всего устройства и детальный расчет одного каскада.

1. Предварительный расчет высокочастотной части радиоприемника частотный усилитель приемник звуковой

Исходными данными для предварительного расчета ВЧ - части радиоприемника являются: 1) Диапазон принимаемых частот - - : 525 - 1605 КГЦ;

2) Чувствительность приемника - : 1 МВ/м;

3) Избирательность по соседнему каналу - : 25 ДБ;

4) Избирательность по зеркальному каналу - : 26 ДБ;

5) Диапазон воспроизводимых звуковых частот - , : 250-3500Гц;

6) Частотные искажения сигнала - М: 15ДБ;

7) Нелинейные искажения сигнала - : 8%;

8) Показатели автоматической регулировки усиления(АРУ) - изменение сигнала на входе В: 31ДБ; изменение сигнала на выходе детектора Д: 7 ДБ;

9) Номинальная выходная мощность УНЧ - : 0,35 Вт;

10) Напряжение питания - : 9 В;

11) Тип антенны: МА;

12) Элементная база: Т.

В результате предварительного расчета выясняется необходимость применения каскада усилителя радиочастоты (УРЧ), выбирается число и тип избирательных систем, тип транзисторов или микросхем, количество каскадов усилителя промежуточной частоты (УПЧ), тип детектора, диода (диодов) для чего, рассчитывается число каскадов УПЧ, на которое продается напряжение АРУ, рассчитываются суммарные частотные и нелинейные искажения принимаемых сигналов, определяются типы схем отдельных каскадов.

По результатам предварительного расчета составляется структурная схема ВЧ - части радиоприемника и на ее основе- примерная принципиальная схема.

Предварительный расчет ВЧ - части приемника ведется в следующей последовательности.

1.1 Проверка необходимости введения каскада УРЧ

В зависимости от заданной избирательности по зеркальному каналу определяется минимальная необходимая добротность контура преселектора. Сначала задаемся минимальным числом контуров, настроенных на частоту принимаемого сигнала пс=1( только входная цепь, УРЧ) затем засчитываем минимальную эквивалентную добротность контура, обеспечивающую избирательность по зеркальному каналу, по формуле: (1.1) где - эквивалентная добротность контура;

- число контуров; настроенных на частоту сигнала;

- заданная избирательность по зеркальному каналу в относительных единицах;

- максимальная частота принимаемых сигналов, КГЦ.

- частота зеркального канала, КГЦ.

Частоту зеркального канала приема находим по формуле: (1.2) где, fпр - промежуточная частота (465 КГЦ).

Из таблицы 1.1 выбираем приблизительное значение конструктивной добротности, чтобы выполнялось условие по формуле: (1.3) где, Qкон - конструктивная добротность.

Таблица 1.1

Значение конструктивной добротности контура

Диапазон волн Конструктивная добротность Qкон контура с ферритовым сердечником

СВ 30 - 80 100 - 160

Далее вычисляем полосу пропускания приемника по формуле: (1.4) где, - полоса пропускания радиоприемника, КГЦ;

Fв - верхняя воспроизводимая частота, КГЦ;

- неточность сопряжения контуров, КГЦ;

- неточность частоты гетеродина, КГЦ.

Неточность сопряжения можно принять равной для диапазона СВ 3-5 КГЦ.

Нестабильность частоты гетеродина можно рассчитать по формуле: (1.5) где, - максимальная частота рабочего диапазона, КГЦ.

Находим эквивалентную добротность контура, обеспечивающую заданную полосу пропускания: (1.6) где, - минимальная частота диапазона, КГЦ;

- частотное искажение сигнала при селектора на краях полосы пропускания, раз;

П - расчетное значение полосы по формуле(1.4)

Частотное искажение сигнала М можно принять равным: для диапазона СВ-2 ДБ (1,26 раза).

Должно выполняться условие: (1.7) где, - значение эквивалентной добротности, выбираемое из условия (1.3).

30›32

Условие (1.7) не выполняется, необходимо применить один каскад УРЧ и пересчитать Qэкп по формуле (1.6) с учетом искажения сигнала, которое надо взять равными М/2.

В результате расчетов выяснилось, что требуется УРЧ, значит необходимо выбрать схему включения и тип транзистора. Чаще используется схема включения ОЗ, которая обеспечивает соизмеримые значения входного и выходного сопротивлений, что облегчает согласования каскадов между собой, например, каскад УРЧ с каскадом преобразователя частоты.

Транзистор выбирается высокочастотный малой мощности, удовлетворяющий условиям: (1.8) где, - максимальная частота рабочего диапазона, МГЦ;

- предельная частота для схемы ОЭ (берется из справочника);

- предельно допустимое напряжение между коллектором и эмиттером (из справочника);

- заданное напряжение питания приемника.