Предварительный выбор структурной схемы приёмника. Расчёт полосы пропускания линейного тракта. Распределение частотных искажений по селективным каскадам приёмника. Выбор средств обеспечения избирательности приёмника и расчёт сопряжения контуров.
Регулятор громкости приемника устанавливают в положение наибольшей громкости и настраивают приемник на частоту генератора сигналов по максимуму сигнала на выходе, на середину полосы пропускания или по минимуму искажений. Изменением уровня сигнала от генератора сигналов добиваются на выходе приемника напряжения, соответствующего стандартной выходной мощности, при этом соотношение сигнал/шум на выходе приемника Техническим заданием предусмотрено спроектировать приемник АМ - сигнала второй группы сложности, поэтому ориентировочно составляем предварительную структурную схему приемника. Фильтр сосредоточен на селекции (ФСС) выделяет промежуточную частоту и формирует полосу пропускания приемника. Следовательно за счет повышения стабильности частот сигнала и гетеродина нельзя достигнуть существенного сужения полосы пропускания, а значит и ослабления действия помех и повышение чувствительности приемника.Разработанная принципиальная схема радиовещательного приемника СВ. диапазона соответствует техническому заданию приемника второй группы сложности. Особенностью технического решения принципиальной схемы является то, что приемник выполнен в основном на интегральных микросхемах: К157ХА2, К174УН14, транзистора VT302A, что повышает технологичность и экономичность в изготовлении посредством уменьшения элементной базы, путем применения новых технологий миниатюризации.
Введение
Радиовещательные приемники по требованиям, предъявляемым к их параметрам, делят на классы: высший, I, II, III и IV (ГОСТ 5651-64). За исключением выходной мощности и частично допустимых искажении сигнала при воспроизведении качественные показатели приемников определяются характеристиками их ВЧ трактов. Поэтому с учетом общности параметров низкочастотных трактов приемников, телевизоров и бытовых электрофонов в специальных справочных материалах приводятся требования параметрам ВЧ трактов приемников различных классов. Способы измерения параметров ВЧ трактов регламентируются ГОСТ 9783-71.
Реальную чувствительность обычно измеряют на стандартных частотах, которые разделены на группы в зависимости от количества измеряемых точек в каждом диапазоне принимаемых частот. Генератор сигналов через необходимый эквивалент антенны соединяют со входом приемника для определения чувствительности по полю; устанавливают по шкале генератора сигналов необходимую частоту и включают модуляцию. К выходу приемника присоединяют вольтметр переменного тока. Регулятор громкости приемника устанавливают в положение наибольшей громкости и настраивают приемник на частоту генератора сигналов по максимуму сигнала на выходе, на середину полосы пропускания или по минимуму искажений. Регуляторы тембра и полосы пропускания должны находиться в положении, соответствующем широкой полосе пропускания.
При измерении максимальной чувствительности регулятор громкости ставят в положение, соответствующие наибольшей громкости, а регуляторы тембра и полосы - в положения, соответствующие самой узкой полосе пропускания. Изменением уровня сигнала от генератора сигналов добиваются на выходе приемника напряжения, соответствующего стандартной выходной мощности, при этом соотношение сигнал/шум на выходе приемника
Для измерения реальной селективности применяют двух сигнальный способ, при котором необходимы два генератора сигналов. При этом способе ко входу РВ приемника через соответствующий эквивалент антенны подсоединяют оба генератора сигналов.
Для измерения диапазона принимаемых частот на вход приемника подают напряжение от гетеродинного волномера. Указатель настройки приемника располагают в крайних точках шкалы, после чего волномер настраивают по максимуму выходного напряжения. Соответствующую граничную частоту отсчитывают по шкале волномера.
Вследствие больших трудностей измерения напряженности, создаваемого гетеродином, этот параметр обычно определяют косвенным путем: измеряют напряжение сигнала гетеродина на входе блока УКВ при подключенном эквиваленте антенны. Напряжение на эквиваленте антенны 300 Ом не должно превышать 1,5МВ.
Измерение эффективности АРУ проводят на частотах 1 и 69 МГЦ, так же как измерение чувствительности при выходном напряжении приемника, соответствующем стандартной мощности, и входном сигнале, равном 50МВ. Затем напряжение от генератора сигналов уменьшают в заданное число раз. Отношение напряжений, выраженное в децибелах, и соответствующее ему отношение напряжений на выходе характеризуют действие АРУ.
1. Расчет структурной схемы приемника
1.1 Предварительный выбор структурной схемы приемника
Проанализировав техническое задание, можно определить, что приемник должен быть супергетеродинного типа. Все супергетеродинные приемники состоят из четырех частей: радиотракта; демодулятора (детектора); устройство регулировок (управление) и тракта низкой частоты.
Радиотракт состоит из преселектора (входная цепь и усилитель радиочастоты), преобразователя частоты и усилителя промежуточной частоты.
Техническим заданием предусмотрено спроектировать приемник АМ - сигнала второй группы сложности, поэтому ориентировочно составляем предварительную структурную схему приемника.
Входная цепь (ВЦ) служит для передачи и согласования принятого сигнала с первым усилительным элементом в приемнике. И для предварительной фильтрации полезного сигнала от помех. В месте с усилителем радиочастоты (УРЧ) и ВЦ представляет собой преселектор приемника, для подавления побочных каналов приема (зеркальный и промежуточный).
Преобразователь частоты (ПРЧ), состоящий из смесителя (СМ) и гетеродина (Г), служит для преобразования частоты принятого сигнала в промежуточную. Фильтр сосредоточен на селекции (ФСС) выделяет промежуточную частоту и формирует полосу пропускания приемника.
Осуществляя селективность по соседнему каналу.
Далее сигнал промежуточной частоты усиливается усилителем промежуточной частоты (УПЧ) и детектируется детектором (АД), на выходе которого выделяется звуковой сигнал. Усилитель низкой частоты (УНЧ), усиливает сигнал, а громкоговоритель ВА воспроизводит его.
В приемнике осуществляется автоматическая регулировка усиления (АРУ).
1.2 Расчет полосы пропускания линейного тракта
Полоса пропускания супергетеродинного приемника определяется шириной спектра принимаемого сигнала и нестабильностью несущей частоты сигнала , а так же частоты гетеродина
(2.1) где и - коэффициенты относительной нестабильности частоты сигнала и гетеродина соответственно. Значения и принимаем из [5] и .
, => находим по следующей формуле для АМ двухполосных телефонных сигналов
=2 (2.2)
=2*3150 = 6300 Гц
Для СВ промежуточную частоту применяем = 465 КГЦ, =>
=1, 6065 0,465=2,0715 Гц
Исходя из расчетных данных находим полосу пропускания
(2.3)
Кр=6,714/6,3=1,065
Следовательно за счет повышения стабильности частот сигнала и гетеродина нельзя достигнуть существенного сужения полосы пропускания, а значит и ослабления действия помех и повышение чувствительности приемника.
1.3 Распределение частотных искажений по селективным каскадам приемника
Для обеспечения необходимого минимума на частотных искажений в области верхних звуковых частот радиоприемнику задается наибольшее допустимое ослабление на краях приемника и полосы приемника.
В детекторной части искажения вносят контуры преселектора и фильтры промежуточной частоты. Необходимо также учесть неравномерность АЧХ детектора, усилителя низкой частоты и в ряде случаев акустической системы.
В соответствии с основными положениями теории радиоприема искажений в линейном тракте приемника максимальны на минимальной частоте сигнала.
При проектировании, величина искажений распределяется по отдельным каскадам приемника.
Сумма искажений всего приемника не должна превышать величины, определяемой техническим заданием.
Если величина не задана, то она не должна превышать значения определенной таблицам 2,3.б.
1.4 Выбор средств обеспечения избирательности приемника
Выбор средств обеспечения избирательности по побочным каналам
Для выбранного ослабления на краях полосы пропускания пресселектора по [5], определяют значения обобщенной расстройки Хпр=1 для краев полосы пропускания и вычисляют минимально-допустимое эквивалентное затухание нагруженных контуров преселектора dеп = П/(Хпр* fomin) (2.5) где fomin - минимальная частота поддиапазона dеп=6714/(1*0,5265)=0,012 МГЦ
Далее определяют обобщенную расстройку для зеркального канала
Выбранная селективная система приемника позволяет получить требуемую полосу пропускания и селективность по прямому каналу. Избирательная система преселектора будет состоять из входной цепи (ВЦ) с одиночным контуром и усилителя радиочастоты (УРЧ).
Выбор средств обеспечения избирательности по соседнему каналу
Селективная система тракта промежуточной частоты обеспечивает избирательность приемника по соседнему каналу и вместе с преселектором формирует резонансную характеристику приемника.
Тракты промежуточной частоты (УПЧ) строятся по двум принципиальным системам: 1 Система с распределенной селективности по каскадам УПЧ.
2 Система построения по принципу сосредоточенной селективности.
В современных радиоприемниках в качестве ФСС часто используют С-фильтры, состоящие из П - образных звеньев (3…4), каждое звено обеспечивает затухание по соседнему каналу порядка 9-11ДБ, пьезокерамические фильтры, согласованные с активными элементами при помощи одиночных резонансных контуров.
Выбираем пьезокерамический фильтр по следующим параметрам: - средняя частота полосы пропускания 0,465 МГЦ.
- полоса пропускания на уровне 6-10,5…14,5 ДБ.
- селективность при расстройке 9 КГЦ, не меньше 26.
- затухание в полосе пропускания не больше 9,5 ДБ.
- согласующее сопротивление, КОМ, со стороны источника питания 2 10%.
Исходя из выбранных параметров принимаем фильтр ПФ1П-2.
1.5 Предварительный расчет входной цепи
Определяем требуемый коэффициент перекрытия диапазона с учетом запаса на -2%
Kg = (1,02*fmax)/(0,98*fmin) (2.8)
Kg = (1,02*1,6065)/(0,98*0,5265)=1,63863/0,51597=3,175
В стационарных и переносных приемниках в качестве элемента настройки используют блоки КПЕ с механическим управлением или варикапы (варикапные матрицы), которые являются унифицированными изделиями, т.е., максимальная и минимальная их емкости уже определены.
Если элемент настройки не задан заказчиком, то выбор может быть осуществлен по следующим критериям.
Использование варикапа, по сравнению с блоком КПЕ, с механическим управлением, снижает стоимость приемника, его массогабаритные характеристики, упрощает конструкцию, облегчает введение автоматической настройки и подстройки частоты программного и дистанционного управления.
Недостатки: ухудшается избирательность приемника по перекрестной помехе, уменьшается точность отсчета частоты настройки по линейной шкале, увеличивается погрешность сопряжения контуров гетеродина и преселектора, уменьшается конструктивная добротность контуров.
При проектировании данного приемника выбираем варикап со следующими параметрами
- емкость 255 ПФ.
- Сн max 320 ПФ.
- Сн min 230 ПФ.
- обратное напряжение 1 В.
- частота 6 МГЦ.
- коэффициент перекрытия Кп не менее 20.
- добротность, Qв, не менее 100.
Выбранным выше параметрам соответствует варикап КВС120.
Поэтому при использовании варикапа конструктивная добротность контура корректируется
Qk = QL*QB/(QL QB) (2.9) где QB - добротность варикапа при заданном обратном напряжении, принимаем равной 100
Qk = 100*100/(100 100) = 50
Определяем эквивалентную емкость схема ВУСЭ при которой выбранный элемент настройки обеспечит перекрытие диапазона
(2.10)
В растянутых СВ поддиапазонах с большим рекомендуется использовать растянутую настройку. В этом случае определяется минимальная емкость контура ВЦ
Ск min = Ccx Ск min (2.11)
Для контура с растянутой настройкой
(2.12)
37 МКГ
В радиовещательных приемниках обычно используются три вида связи контура ВЦ с антенной: внешне-емкостная, трансформаторная в режиме усиления и трансформаторно-емкостная.
Внешне-емкостная упрощает конструкцию приемника, она дает большую неравномерность коэффициента ВЦ при перестройке по диапазону и ухудшает избирательность приемника по зеркальному каналу. Эти недостатки частично компенсируются при использовании внутри-емкостной связи контура ВЦ с первым каскадом на биполярном транзисторе. В целом, внешне-емкостная связь используется редко, в основном в низкочастотных приемниках с малым коэффициентом перекрытия диапазонов.
1.6 Выбор средств обеспечения усиления тракта высокой частоты приемника
Коэффициент усиления линейного тракта приемника
К=Ug/Еа (2.13) где Ug - напряжение промежуточной частоты необходимое для нормальной работы детектора. Чувствительность со входа приемника определяют, как Еа = Еатз/ае, где Еатз - норма чувствительности; ае -1,5 - коэффициент запаса
Еа =
При этом возможно неравенство Еа<Еатз, что обеспечивает дополнительную возможность приема большого количества приема разных станций с отношением сигнал помеха Увх<Увыхтз. Выбираем на полупроводниковых диодах из [5], Ug принимаем 0,3В
К = 0,3/66,6*10 = 4504,5
Выбор структурной схемы тракта СЧ производим по результатам произведенного расчета
Кобщ = Квц*Курч*Кпрч*Кр*Кк (2.14) где Квц = 0,5 - коэффициент передачи входной цепи; Курч = 4 - коэффициент усиления УРЧ; Кпрч = 8 - коэффициент усиления ПРЧ; Кр = 8 - коэффициент усиления резисторного каскада УПЧ; Кк = 60 - коэффициент усиления каскада УПЧ с одиночным резонансным контуром
Кобщ = 0,5*4*8*8*60 = 7680
Расчет показал, что К<Кобщ, 4504,5<7680. Из расчета видно, что схема будет состоять из следующих каскадов: входной цепи; УРЧ - апериодический резисторный; ПРЧ - на пьезокерамических фильтрах; Кр - апериодический резистивный; Кк - одиночный резонансный контур.
1.7 Выбор средств обеспечения усиления тракта НЧ приемника
Коэффициент передачи УЗЧ по мощности рассчитывают по формуле
Крзч = Рн / Рвхзч*Аос (2.15) где Рвхзч= вх (2.19) - минимальная величина мощности на входе усилителя, которая обеспечивает получение номинальной выходной мощности; Аос = 10 - коэффициент запаса, учитывающий введение обратной связи, тембровые регулировки и разбросы параметров усилителя; = Ug*0,5; Gвх = - входное пров. УЗЧ
= 0,3*0,5 = 0,15
Рвхзч = * = 22 МКВ
Крзч = (4/22* )*10 = 1,8*
Определяем число каскадов
Nзч = LGКРЗЧ/Lg (2.16)
Коэффициент усиления по мощности каскада УЗЧ, включая и выходной каскад определяется как (2.17) где - минимальное значение статического коэффициента усиления по току в схеме с общим эмиттером коэффициент усиления мощности выходного каскада = 50
Nзч = Lg18* /Lg50 = 7,25/3,397=2
Из расчетных данных видно, что УРЧ будет состоять из 2-ух каскадов: входного и выходного.
1.8 Описание и составление структурной схемы приемника
Сигнал с антенны поступает во входную цепь, которая служит для согласования принятого сигнала. С первого усилительного элемента и для предварительной фильтрации от помех. Для нашего случая ВЦ является с внешне - емкостной связью.
УРЧ усилитель радиочастоты состоит из 1-го каскада для подавления рабочих каналов приема (зеркальному).
ПРЧ - преобразователь частоты служит для преобразования частоты принятого сигнала в промежуточную. Состоит из смесителя, гетеродина и пьезокерамического фильтра.
Далее сигнал промежуточной частоты усиливается усилителем промежуточной частоты, который состоит из: УПЧ К - усилитель промежуточной частоты с одиночным каскадом.
АД - амплитудный детектор выделяет звуковую частоту, строится на детекторном диоде.
УНЧ - усилитель низкой частоты состоит из двух каскадов: Предварительный и оконечный УНЧ усиливает сигнал, а громкоговоритель воспроизводит сигнал.
АРУ - автоматическое регулирующее устройство подстраивает частоту автомеханической регулировкой частоты.
2. Описание и принцип работы приемника
2.1 Выбор элементной базы
В качестве УПЧ, Детектора, ПРЧ выбираем микросхему К174ХА2.
ИМС К174 ХА2 (рис. 3) предназначена для работы в радиовещательных приемниках АМ сигналов третьей группы сложности, но может также использоваться и в радиовещательных приемниках второй группы сложности с внешним гетеродином, что дает повышенную устойчивость к перекрестной помехе. ИМС содержит усилитель сигнала радиочастоты А1 с системной АРУ А5, гетеродин G1 и стабилизатор AS.
Рис. 3 Структурная схема ИМС 174ХА2
Электрические параметры.
Ток потребления Іном, МА при Uвх=0, Rн= , не более 4.
УРЧ строим на полевом транзисторе типа КП302А со следующими электрическими параметрами.
Предельная частота усилителя 20МГЦ.
Коэффициент шума 4?6ДБ.
Коэффициент усиления по мощности 1?2,5.
Типовое значение 1,5В.
Крутизна характеристики при Uсп=15В, U324=10В, Іс=5МА, T= 25 ОС 4?8МА/В.
Напряжение первый затвор истока при Uси=15В, U324=10В, Іс=5МА -3,5?0В.
Напряжения отсечки 6?1,3В.
Ток утечки первого затвора не более 5МА.
Входное сопротивление не менее 12КОМ.
Входная емкость не более 5ПФ.
Проходная емкость не более 0,07ПФ.
Проходные эксплуатационные параметры.
Напряжение сток - исток 20В.
Напряжение первый затвор - сток 20В.
Первый затвор - второй затвор 25В.
Постоянный ток стока 20МА.
Постоянное рассеивание мощности при Т= -60… 35 ОС 150МВТ.
Предельные эксплутационные параметры К174УН14.
Напряжения питания Uип 3,6. минимальное 3,6. максимальное 6.
Ток потребления Іном А не более: Uвх=0, Uип=6В, t =70 OC 1.
Uвх=0, Uип=3,6В, t =-26 ОС 1,3.
Коэффициент усиления по напряжению Куи при токр.ср= -25… 70 ОС, Uип=3,6…6В 100?400.
Ток в цепи вывода 14 при подключенной внешней нагрузке I14, МА, не более 10.
Потребление мощности Рпом., Вт, не более 3.
2.2 Описание принципиальной схемы
Входной сигнал с антенны подается на входную цепь, которая состоит из: L1, С1, С3, VD1, VD2 после чего сигнал поступает на УРЧ, который построен на полевом транзисторе КП302А. Далее входной сигнал поступает на микросхему К174ХА2, которая является усилителем высокой частоты с преобразователем, УПЧ и Детектор, содержит дифференциальный усилитель, после чего сигнал поступает на УНЧ в роли которого служит микросхема К174УН14 которая состоит из двух каскадов, усилителя низкой частоты для предварительного усиления, и оконечного усилителя.
Селекцию входного сигнала осуществляет контур L2, L3, С9, С10 и С11, сигнал резонансной частоты выделяется контуром L4, L5, С12 и по следующим полосовым фильтрам Z1. С усилителем ПЧ через контур L6, С16 сигнал приходит в детектор на диоде Д9Б. RC - фильтр - R12, С18 выделяет напряжение АРУ, и оно подается на вывод 9. Выходной сигнал поступает на вход УНЧ. После усиления в блоке УНЧ сигнала содержимое его звучит на динамике.
3. Расчет сопряжения контуров
Для расчета сопряжения контуров в супергетеродинном приемнике сначала рассчитывают элементы входного контура, а затем емкости дополнительных конденсаторов и индуктивности контурной катушки гетеродина по следующей методике: Вычисляют отношение fпч/fcp, где fпч-ПЧ; fcp=0,5 (fmax fmin); fcp, fmax и fmin-срдняя, максимальная и минимальная частота диапазона. fcp=0,5 (1,6065 0,5265) = 1,0665 МГЦ
= =0,43
По графику рис. 3.1, а определяют емкость последовательного конденсатора Спосл контура гетеродина, Спосл=500п.
По графику на рис. 3.1, б находят емкость параллельного конденсатора Спар в контуре гетеродина, Спар=7ПФ.
Далее по известной индуктивности входного контура, рассчитанного раньше (см. п. 2.5), определяют емкость варикапа настройки в этих точках. Для СВ (3 точки)
C1= 25300/(
C2=
C2=25300/(
С3=
С3 ==25300/(
Емкость сопрягающего параллельного конденсатора для 3-х точек
Спар =(С1 -C2 )( , где = f1 fпр; = f2 fпр; = f3 fпр;
= 1,0665 0,465=1,53 МГЦ
= 0,665 0,465=1,13 МГЦ
= 1,0665 0,465=1,53 МГЦ
Спар=(
Индуктивность контура гетеродина рассчитываемая как Lk.г=25300/ (Спар Ckmin)
Разработанная принципиальная схема радиовещательного приемника СВ. диапазона соответствует техническому заданию приемника второй группы сложности. Особенностью технического решения принципиальной схемы является то, что приемник выполнен в основном на интегральных микросхемах: К157ХА2, К174УН14, транзистора VT302A, что повышает технологичность и экономичность в изготовлении посредством уменьшения элементной базы, путем применения новых технологий миниатюризации. Технологичность может проявиться в микросхемах, т. к. они многофункциональные. Разработанный приемник можно использовать в горных условиях, т. к. радиоприемник работает на СВ диапазоне, что лучше использовать в такой местности. Этот приемник способен принимать сигналы от передатчиков находящихся в ближнем и дальнем зарубежье. Он является средне-дальнобойным, т. к. его частоты приема находятся в диапазоне близком к средним частотам. Даже по дальности может потягаться с некоторыми средне - волновыми приемниками.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
