Реферат Проектирование приемного устройства
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
![](https://bukvasha.net/assets/images/emoji__ok.png)
Предоплата всего
от 25%
![](https://bukvasha.net/assets/images/emoji__signature.png)
Подписываем
договор
Введение.
Проектирование радиоприёмного устройства (РПУ) любого назначения осуществляется на основе технического задания, которое выдаётся в виде требований к техническим характеристикам устройства. Последние могут быть окончательно сформулированы в процессе проектирования в зависимости от назначения приёмника, условий эксплуатации и современных технических возможностей.
Технические требования к специальным РПУ определяются техническими условиями, согласованными между заказчиком и поставщиком. В общем случае в техническом задании указываются:
-общие требования;
-требования к электрическим параметрам;
-требования к конструкции РПУ;
-климатические требования;
-требования к механической прочности;
-технологические требования;
-экономические требования.
Некоторые из перечисленных требований могут разрабатываются или уточняются в процессе выполнения проекта. Поэтому ниже наряду с перечислением параметров даётся краткая характеристика каждого из них, приводятся соображения по выбору их величин и примерная формулировка соответствующего пункта технического задания.
Для радиосвязи в настоящее время используется очень широкий спектр электромагнитных колебаний. В том случае, когда предусматривается работа на одной или нескольких фиксированных частотах, то указываются их величины. Вид принимаемого сигнала определят род работы РПУ и способ детектирования. Амплитудно-модулированные сигналы используются как в радиовещании, так и в радиосвязи. В радиосвязи и радиотелефонии используют двухполосные (А3) или однополосные радиосигналы с полным (А3J) или частичным (А3А) подавлением несущей. Амплитудная модуляция (АМ) используется и при передаче радиотелеграфии незатухающими колебаниями (А1). В этом случае род работы называют амплитудной телеграфией.
Чувствительность РПУ количественно оценивается наименьшей ЭДС сигнала на его входе, при которой на выходе обеспечивается нормальная для работы оконечного устройства мощность. Реальная чувствительность определяется величиной ЭДС сигнала на входе приёмника, при которой на выходе обеспечивается напряжение полезного сигнала, превышающее напряжение шумов в заданное число раз. Величина сигнала на выходе приёмника с внешнеёмкостной антенной, соответствующая чувствительности, измеряется в эффективных значениях напряжения и имеет порядок от сотен до десятков микровольт.
Избирательность характеризует способность РПУ выделить полезный сигнал из помех. В задании заранее оговаривается ослабление зеркальной помехи, помехи от станций, близкой по частоте. Ослабление зеркальной помехи зависит от добротности контуров тракта радиочастоты, а ослабление помех от соседних станций обеспечивается в основном контурами тракта промежуточной частоты.
Непрерывные АМС наибольшее применение нашли в системах связи, радиоуправления, радионавигации и радиотелеметрии.
В зависимости от режима работы радиолинии с АМС разделяют на две группы: одноканальные и многоканальные.
В одноканальных линиях модулирующим сигналом в передатчике является низкочастотное напряжение с диапазоном модулирующих частот от Fмин до Fмакс или с фиксированной частотой. Оно непосредственно модулирует сигнал с несущей частотой fс.
В многоканальных линиях модулирующий сигнал состоит из нескольких различных низкочастотных напряжениях, которыми вначале модулируются сигналы с поднесущими частотами fпi , отстоящими друг от друга на интервал частот fп. Затем эти сигналы с модулированными поднесущими складываются и образуют результатирующий сигнал, с помощью которого модулируется передаваемый сигнал с несущей частотой fс.
При выборе промежуточной частоты руководствуются следующими условиями:
-быть вне диапазона рабочих частот:
-обеспечивать заданное ослабление зеркального канала;
-обеспечивать необходимую полосу пропускания приёмника;
-быть по возможности меньшей, чтобы обеспечивать необходимое усиление приёмника при наиболее простых и дешёвых электронных приборов и избирательных системах, а также наименьший коэффициент шума первого каскада УПЧ.
При расчёте входной цепи решаются следующие задачи:
-выбор схемы связи избирательной системы со входом электронного прибора первого каскада приёмника;
-расчёт коэффициента связи первого контура избирательной системы с антенны;
-расчёт коэффициента связи последнего контура избирательной системы;
-расчёт элементов контуров избирательной системы;
-вычисление коэффициента передачи, коэффициента шум.
Исходные данные для расчёта УПЧ получают из предварительного расчёта приёмника:
-номинальное значение промежуточной частоты;
-тип схемы усилителя;
-ориентировочное число каскадов;
-требуемое эквивалентное затухание контуров dэп усилителя и собственное затухание контуров d0п.
-типы электронных приборов, используемых в усилителе, и их параметы.
Для преобразователя частоты в качестве исходных данных используют:
-частота сигнала;
-частота гетеродина;
-промежуточная частота;
-максимальное напряжение на выходе схемы гетеродина;
в данном курсовом проекте используется транзисторный преобразователь частоты по схеме с общим эмиттером. Такие схемы позволяют получить наибольший коэффициент преобразования и наибольшее входное сопротивление. Связь смесительного транзистора с гетеродином в большенстве случаев осуществляется с помощью катушки связи, включаемой в эмиттерную цепь
смесителя. Такая схема обеспечивает наименьшую нагрузку гетеродина.
Данный приёмник можно широко использовать в войсках, на борта военных и гражданских самолетах, в отрядах МЧС и т.д.
Предварительный расчёт.
1.Выбор и расчёт блок-схемы приёмника.
При проектировании профессиональных радиоприёмников выберем супергетеродинную
блок-схему приёмника.
2.Расчёт полосы пропускания приёмника.
Определим ширину спектра:
-телефонного сигнала Dfсп.тлф=2Fв=2*3500=7кГц;
-телеграфного сигнала при тональной модуляции Dfсп.тлг=
-телеграфного сигнала без тональной модуляции Dfсп.тлг=
С учётом исходных данных примем значение относительной нестабильности несущей
частоты сигнала bн= bпр =0 и что гетеродин приёмника будет с кварцевой стабилизацией
примем, что b г= 2*10-5. Тогда:
.
пропусканиё приёмника для приёма:
-телефонных сигналов Dfп тлф=Dfсп тлф+Dfнест=7+0,125=7,125 кГц;
-телеграфных сигналов с тональной модуляцией: Dfп тлг=Dfсп тлг+Dfнест=2040+0,125=2,165 кГц;
-телеграфных сигналов без тональной модуляции: Dfп тлг=Dfсп тлг+Dfнест=54+125=179 Гц.
3.Расчёт выходного каскада.
Нормальная выходная мощность прёмника при среднем коэффициенте модуляции m=0.3 на основании исходных данных:
Принимаем трансформаторную схему выходного каскада с hтр=0,75 вычислим номиналь-
ную выходную мощность, которую должен обеспечить транзистор:
.
каскады по схеме с ОЭ в режиме класса А с транзисторами типа П15. Выберем на выходной
характеристике транзистора выберем рабочую точку А при Iк=23 мА и Uкэ=-5В и проведем
через неё нагрузочную линию БВ. Из треугольника БГВ определяем нагрузочное
сопротивление RА=125 Ом. Из треугольника БГВ вычислим отдаваемую мощность
Pвых л =0.5*0.02*2.5=25 мА. Подбираем по входной характеристике такую амплитуду, при
которой амплитуда коллекторного тока Imin , необходимой для обеспечения требуемой
номинальной мощности. Она оказывается равной 0,06В. Затем находим значения пяти
ординат коллекторного тока: I1=48 mA, I2=33 mA, I3=23 mA, I4=14 mA, I5= 9 mA.
Подставим полученные значения вычислим амплитуды гармоник коллекторного тока:
коэффициент гармоник выходного каскада будет равен:
Полученная величина меньше допустимой для приёмника, поэтому выбранный тип
транзистора пригоден для использования в выходном каскада. Амплитуду входного
напряжение при нормальном коэффициенте модуляции вычислим по формуле:
Umвх=0,3Umн=0,3*0,06=0,018В.
Для определения входного сопротивления каскада проводим касательную ко входной
характеристике в рабочей точке А. Она отсекает по абсцисс в масштабе напряжения величину
0,35-0,21=0,14В, а по оси ординат в масштабе тока 1,0-0,0=1,0 мА.
Подставляя полученные величины рассчитаем Rвх ОК:
4.Выбор типа и режима работы детектора.
Коэффициент гармоник детектора не больше:
Т.к. допустимая величина kгд получилась сравнительно малой, то выберем диодный
(полупроводниковый) детектор в линейном режиме, для обеспечения которого на его вход
необходимо подводить амплитуду несущей напряжения промежуточной частоты Umпр³1,0В.
При приёме телефонных сигналов эффективная полоса пропускания низкочастотного
тракта должна быть DFп эф тлф=1,1(Fв- Fн)=1,1(3500-3200)=300Гц..
Полагая полосу пропускания НЧ тракта при приёмника равной 0.5Dfсп, для приёма
телеграфных сигналов:
-с тональной модуляцией получим:DFпэфтлг»1,1Dfсптлг/2=1,1*0,5*2040=1125Гц;
-без тональной модуляции получим: DFпэфтлг»1,1Dfсптлг/2=1,1*0,5*54=30Гц .
Т.к. необходимые полосы пропускания высокочастотной части приёмника для телефонных и телеграфных сигналов мало отличаются друг от друга, то целесообразно отказаться от
регулировки полосы в усилителе промежуточной частоты.
Эфффективную полосу пропускания ВЧ тракта вычисляем по формуле:
Dfп эф=1,1Dfп тлф=7125= 7,85 кГц.
Необходимое отношение сигнал/шум на входе приёмника рассчитываем по уравнению:
5.Предварительный выбор типа и схемы первых каскадов
для обеспечения заданной чувствительности.
В соответствии с исходными данными расчёт будем вести по собственным шумам приёмника.
Полагая, что Еп=0, вычислим допустимый коэффициент шума приёмника в телефонном режиме:
На данной рабочей частоте допустимый коэффициент шума обеспечим на одном каскаде УВЧ и смесителе по схеме с ОЭ на транзисторе типа ГТ310А. Напряжение на коллекторе будем полагать равным Uк=5В и Iк=1мА. В каскадах УПЧ будем тоже использовать транзистор типа ГТ310А.эти транзисторы германиевые сплавно-диффузионные p-n-p. Предназначены для работы в УПЧ приёмников, а также для УВЧ коротковолновых приёмников. Рассчитаем коэффициенты шума УВЧ, УПЧ и ПЧ:
Nупч=2Nт=9,5*2=19=Nувч, Nпч=4Nт=4*9,5=38, где. Nт=9,5-коэффициент шума транзистора.
Определим коэффициенты усиления по мощности на рабочей частоте:
Положим коэффициент связи с антенной к=0,5копт, тогда:
6.Выбор промежуточной частоты, оптимального варианта избирательных систем и
блок-схемы преселектора, обеспечивающих заданную избирательность.
На практике наиболее часто встречаются два случая:
-полоса пропускания преселектора Dfп.прес шире необходимой полосы пропускания приёмника:
Dfп.прес ³3Dfп;
-полоса пропускания преселектора Dfп.прес сравнима с полосой пропускания приёмника:
Dfп.прес<3Dfп;.
Полоса пропускания преселектора определяется избирательными системами входной цепи и каскадов УРЧ. В приёмниках коротких волн избирательные системы входной цепи и каскадов идентичны. Для таких приёмников минимальную полосу пропускания преселектора вычисляют по формуле приняв значении параметра qс=2,5. Будем считать собственное затухание этих контуров равным dо=0,02.
Вычислим полосу пропускания преселектора по формуле , считая, что в преселекторе у нас будет одноконтурная входная цепь и двухкаскадный УРЧ, заменяя y(m) на j(а), при а=2:
где dэс=qсdо=0,5, j(а)=2.
Т.к. неравенство Dfп прес ³ 3Dfп выполняется примем Dfпр=Dfп тлф=7,85 кГц. Вычислим необходимый коэффициент прямоугольности резонансной кривой тракта промежуточной частоты на уровне ослабления соседнего канала по формуле: Кndc=Kn1000=
для обеспечения необходимого усиления.
Вычислим коэффициент устойчивого усиления транзистора ГТ310А, принятого к использованию в УВЧ по формуле:
Выбираем для каскадов УПЧ транзисторы типа ГТ301А. Режим работы принимаем Uк=5В и Iк=1мА. При проектировании узкополосных усилителей, а в рассматриваемом случае относительная полоса пропускания составляет лишь 7,125/465=0,015, как правило, максимально возможное усиление каскадов определяется величиной коэффициента устойчивого усиления. Поэтому расчёт будем вести на коэффициент устойчивого усиления каскада:
8.Проверка осуществимости АРУ.
Для транзисторных приёмников степень изменения коэффициента усиления одного каскада под действием системы АРУ:
|
|
|
|
|
|
Рис1.Блок-схема супергетеродинного приёмника.
1.
Расчёт усилителя высокой частоты.
L
R3
Рис 2. Схема транзисторного УРЧ.
Будем предварительно полагать полное включение контура в цепь коллектора (р1=1) и неполное ко входу следующего каскада с р2»0,15. Примем собственную ёмкость катушки СL=3пФ; среднюю ёмкость подстроечного конденсатора Сп=10пФ;ёмкость монтажа См=10пФ состоящей ёмкости монтажа в цепи коллектора См1=5пФ и в цепи базы См2=5пФ; минимальную ёмкость контурного конденсатора Смин=7пФ. Ёмкость контура без учёта переменной ёмкости будет равна: СS=Сп+СL+р12(См1+С22)+р22 (См2+С11)=10+3+(5+10)+0,152(5+50)»29 пФ.
Минимальная индуктивность Lmin= (0.2..0.3) мкГн
Вычислим сопротивления цепи питания транзистора, полагая что:
-допустимое падение напряжения на сопротивлении фильтра коллекторной цепи DURФ=1В;
-требуемый коэффициент стабильности коллекторного тока g=1,5¸3;
-интервал температур в градусах Цельсия, в пределах которого должна обеспечиваться темпе-
ратурная компенсация коллекторного тока DТ=80°С.
Тогда:
Выберем R2=620 Ом.
Шунтирующую ёмкость С1, предотвращающую образование отрицательной обратной связи вычислим по формуле:
Сопротивление фильтра вычислим по формуле:
Ёмкость Сб2 должна удовлетворять неравенству:
Вычислим параметры эквивалентной схемы каскада:
G1=gвых+g12+gcх=4,5+3+0=7,5мкСим и G2=gвх+gcх=0,21*10-3+(7500)-1+(3600)-1=0,62 мкСим.
После этого рассчитаем максимально возможный коэффициент усиления каскада:
Проверим необходимое ослабление зеркального канала:
На этом расчёт УРЧ эакончим.
2.
Расчёт входной цепи с внешнеёмкостной связью.
Рассчитываемая схема представлена на рис.3. Для начала определим величину ёмкости связи Ссв. От её величины зависит влияние антенной цепи на входной контур. С увеличением этой ёмкости за счёт большого влияния цепи антенны расширяется полоса пропускания входной цепи, ухудшается избирательность и изменяется настройка контура. Малая ёмкость связи вызывает уменьшение коэффициента передачи входной цепи. С учётом ранее сказанного на КВ диапазоне Ссв=10..20пФ.
1.Выберем Ссв=15пФ.
разброс Ск макс¸Ск мин= (8¸200)пФ:
3. Далее определим индуктивность катушки контура по формуле:
4. Приняв эквивалентную добротность контура Qэ=40 найдём необходимую величину собственной добротности контура: Qк=(1,2¸1,25)*Qэ= (1,2¸1,25)*40=48¸50.
5.Вычислим сопротивление потерь контура для этого рассчитаем характеристическое сопротивление контура:
6. Коэффициент передачи входной цепи при коэффициенте включения m=1:
7.Рассчитаем эквивалентную проводимость:
Gэ=G0+Gвн=G0+0,2*(GA+Gвх)=0,83+0,2*083=0,25 мСим.
8.Рассчитаем коэффициент включения m =(1-Qэ мах/Qк)Rвх мах*Сэ мin*fс мах/159/Qэ мах =
=(1-40/50)25000*100*10-12*2.182*106/159*40 = 0.2, где Rвх=25кОм (для 1Т310А).
9. Тогда коэффициент передачи входной цепи при m=0.2 будет равен:
10.Проверим ослабление по промежуточной частоте:
11.Найдём коэффициент усиления преселектора: Кпрес=КвцК2урч=6*1,822=19,8.
Cсв
Рис 3. Входная цепь с внешнеёмкостной связью с антенной.
Выпишем данные параметров транзистора на промежуточной частоте fпр:
Uк=-5В, Iк=1мА, S0=Y21=26мА, g12=4,5мкСим ,gвх=0,21мСим, gвых=4,5мкСим, Свх=21пФ, Свых=11,8пФ, Ск=5пФ, Iк0=5мкА, Nт=9,5. Будем полагать, что монтажные ёмкости цепи коллектора и базы, соответственно См1=См2=10пФ, равными. Ранее была принята схема с общим эмиттером при нагрузке из двух связанных контуров при максимальной связи. Положим g=1.5, DURф=2В и DТ=80°С, тогда расчёт элементов схемы питания УПЧ такой же, как и в УРЧ. Тогда:
Теперь произведём расчёт С1, Rф и Сф :
Согласно предварительному расчёту Копр=1032=60,2дБ. Подставим эту величину в формулу расчёта необходимого усиления каскада:
При трёх каскадах УПЧ эквивалентное затухание контуров должно быть:
Полагая р1=1 определим эквивалентную ёмкость контура и его индуктивность:
фициенты включения контуров: р1=1, т.к. L>Lmin=250мкГн, тогда надо рассчитать только р2:
4.Расчёт преобразователя частоты с пьезомеханическим фильтром
ПФ1П-4-3 и отдельным гетеродином.
|
R2 R3
от гетеродина
Рис.4 Преобразователь частоты с отдельным гетеродином.
В данном преобразователе рассчитаем только смесительную часть.
1.Определяем параметры транзистора в режиме преобразования частоты:
Sпр=0,3Smax=0,3*30=10 мА/В;
Rвх.пр=2R11=0,2*1500=300 Ом;
Rвых.пр=2R22=2*200*103=400 кОм;
Свых.пр=С22=8 пФ; Свх.пр=С11=70 пФ.
2.Согласование транзистора смесителя с фильтром осуществляем через широкополосный контур. Определим коэффициент шунтирования контура входным сопротивлением фильтра и выходным сопротивлением транзистора, допустимый из условий обеспечения согласования:
3.Определим конструктивное и эквивалентное затухание широкополосного контура:
4.Определяем характеристическое сопротивление контура, принимая коэффициент включения в цепи коллектора m1=1:
5.Определим коэффициент включения контура со стороны фильтра:
6.Эквивалентная ёмкость схемы:
7.Ёмкость контура: С2=Сэ-Свых.пр=174-70=104 пФ. Выберем С2=100 пФ.
8.Определим действительную эквивалентную ёмкость схемы:
Cэ’=С2+Свых.пр=100+70=170 пФ.
9.Индуктивность контура:
10.Дествительное характеристическое сопротивление:
11.Резонансный коэффициент усиления преобразователя:
12.Индуктивность катушки связи с фильтром, приняв kсв=0,5:
13.Рассчитаем С2:
14.Рассчитаем С1:
3.Расчёт амплитудного детектора.
+
-
В детекторе используем тот же транзистор, что и в УПЧ.
1.Определим Rн из условия малого шунтирования следующего каскада:
Rн=(5..10) Rвхн=(5..10) кОм.Þ Gн=0,2мСм.
2.Рассчитаем крутизну детектора:
3.Найдём эквивалентное сопротивление нагрузки по переменному току:
4.Определим коэффициент передачи:
5.Определяем ёмкость нагрузки:
6.Определим ёмкость С3:
7.Рассчитаем элементы цепи питания. Для этого найдём Iдел=(50..100)Iк0=(50..100)*20*10-6=2 мА.
9.Найдём входное сопротивление: Rвх=10r11=10*300=3 кОм и Свх=С11/10=5/10=0,5пФ.
10. Рассчитаем коэффициент включения:
11.Вычислим напряжение на входе УНЧ: Uвх унч=UmдКдm2=0.4*9*1=3.6В.
На этом расчёт амплитудного детектора закончим.
-Е0
![](ref-1_784010856-332.coolpic)
![](ref-1_784011188-159.coolpic)
Uвых ![](ref-1_784011498-241.coolpic)
![](ref-1_784011739-157.coolpic)
![](ref-1_783958687-153.coolpic)
![](ref-1_783898897-152.coolpic)
R3 C3
![](ref-1_783956278-199.coolpic)
![](ref-1_784014501-159.coolpic)
R1
![](ref-1_783887403-154.coolpic)
![](ref-1_783962086-152.coolpic)
![](ref-1_784015123-155.coolpic)
![](ref-1_783888469-159.coolpic)
![](ref-1_783897301-188.coolpic)
![](ref-1_783993791-186.coolpic)
![](ref-1_784015811-216.coolpic)
![](ref-1_784016027-154.coolpic)
R4 R2 VT2 Ccв
R4
![](ref-1_783994734-200.coolpic)
![](ref-1_784019004-159.coolpic)
![](ref-1_783896857-155.coolpic)
![](ref-1_784019318-156.coolpic)
![](ref-1_783931340-155.coolpic)
C2
![](ref-1_783898897-152.coolpic)
C1
![](ref-1_784020083-155.coolpic)
R5 R6 R7 R8
+E0
Рис. 7. Принципиальная схема АРУ транзисторного приёмника.
В этом расчёте применим транзистор типа 1Т322А. В соответствии с требуемой требуемой глубиной регулирования будем иметь:
3.
Учитывая, что Uрмакс=0,5В и Umвыхмин= UвыхУПЧ=1В, определим требования к усилению в цепи регулирования:
Примем сопротивления R4=680Ом и R1=3.5кОм. Тогда для сохранения исходного смещения на базах регулируемых транзисторов найдём силу тока Iп1, протекающего через сопротивление R4:
Сопротивление нагрузки детектора АРУ R3 вычислим на основании требуемого коэффициента передачи детектора (Кд³0,8), предварительно вычислив вспомогательный коэффициент q:
Выберем R3=510 Ом, при этом необходимое условие R3£0,2*(R1+R2+R4)=0.2*(3.5+0.68+4.7)=1,78.
Для определения элементов схемы задержки зададимся R8=2 кОм и найдём:
Применим однозвенную структуру фильтра АРУ, при этом сопротивление фильтра будет R2. Постоянную времени фильтра АРУ при помощи следующего выражения, предварительно вычислив параметр М:
R3C3£0.1R2C2, тогда:
На этом расчёт курсового проекта закончим.