close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Ucheb posobie po kurs proekt po ucheb disc ustr priema i obrab signalov

код для вставкиСкачать
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение
высшего профессионального образования
ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ
ЭЛЕКТРОННАЯ
БИБЛИОТЕЧНАЯ СИСТЕМА
Самара
Федеральное государственное образовательное бюджетное
учреждение высшего профессионального образования
«Поволжский государственный университет телекоммуникаций
и информатики»
Кафедра радиосвязи, радиовещания и телевидения
В.А.Галочкин
Учебное пособие
по курсовому проектированию
по учебной дисциплине
«Устройства приема и обработки сигналов»
Самара
2012 г.
2
УДК
Г
Галочкин В.А.
Учебное пособие по курсовому проектированию по учебной дисциплине
«Устройства приема и обработки сигналов» - Самара: ГОУВПО ПГУТИ, 2012г
- 127 с
Пользуясь данным учебным пособием, студенты в дополнение к лекционным материалам могут более основательно изучать материалы дисциплины, осваивая методики анализа работы схем, расчетов, применяя компьютерное моделирование.
Методическое пособие разработано для студентов очной и заочной форм обучения в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлениям подготовки
«Радиотехника» (компетенции ОК-10, ОК-12, ПК-17 ПК-19 и др.), и «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» для бакалавров и магистров и
утвержденной рабочей программы по дисциплине «Устройства приема и обработки сигналов».
Федеральное государственное образовательное бюджетное
учреждение высшего профессионального образования
«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
© Галочкин В.А., 2012г
3
Содержание
Стр.
Курсовой проект «Компьютерное моделирование
одноконтурной входной цепи радиоприемного
устройства с внешнеемкостной связью с ненастроенной
антенной»
Постановка задачи по разработке курсового
проекта …………………………………………………………….6
2. Краткие теоретические сведения…………………………8
3. Принципиальная схема для исследования входной
цепи радиоприемного устройства с использованием
компьютерного моделирования………………………………….17
4. Исходные данные к проекту
4.1. Варианты заданий для выполнения курсового
проекта……………………………………………………………18
4.2. Варианты программного обеспечения ………………19
4.3. Требования к составу проекта для защиты………….19
4.4. Требования к содержанию пояснительной записки ..20
5. Методические указания по выполнению
теоретических расчетов
5.1.Расчет величины резонансного коэффициента
передачи входной цепи. ……………………………………………….22
5.2.Расчет резонансных кривых контуров
ВЦ при внешнеемкостной связи с антенной…………………….. 23
5.3.Расчет полосы пропускания 0,707 контура…….. …24
5.4.Расчет абсолютных расстроек контура ВЦ при
изменении емкости антенны………………………………………..25
6. Методические указания по выполнению
экспериментального исследования с использованием
компьютерного моделирования……………………………………27
Задание 1. Экспериментальное определение
величины резонансного коэффициента передачи входной
цепи ……………………………………………………………………..27
Задание 2. Определение зависимости резонансного
коэффициента передачи от частоты настройки
входной цепи ………………………………………………………….. 28
Задание 3.Экспериментальное определение
резонансных характеристик контуров входной цепи при
настройке на минимальную и максимальную частоты
диапазона………………………………………………………………. 28
Задание 4. Сравнение экспериментально снятых
резонансных характеристик контуров ВЦ
1.
4
с рассчитанными данными ………………………………………… 28
Задание 5. Экспериментальное определение полосы
пропускания 0,707 контуров и сравнение
экспериментальных и расчетных данных……………………….. 29
Задание 6. Экспериментальное определение
абсолютной расстройки контура выходной цепи при
изменении емкости антенны………………………………………..29
Задание 7. Измерение селективности по
зеркальномуканалу и по каналу промежуточной частоты……30
7. Контрольный пример по теоретическому и
экспериментальному исследованию использованием
компьютерного моделирования……………………………………...32
8. Рекомендуемая литература. …………………………………..48
Курсовой проект «Радиоприѐмное устройство связной
ЧМ – радиостанции»
1. Постановка задачи по разработке курсового
проекта «Радиоприѐмное устройство связной
ЧМ – радиостанции» …………………………………………….49
2. Исходные данные к проекту
2.1.Варианты заданий исходных данных……………….50
2.2.Состав проекта для защиты…………………………...53
2.3.Требования к содержанию пояснительной
записки………………………………………………………….53
3. Краткие теоретические сведения, методические
рекомендации по расчетам и проектированию в контрольном примере выполнения курсового проекта
Техническое задание на проектирование
(контрольный пример) …………………………………………….55
Введение……………………………………………………………...56
1. Структурный синтез РПУ. Составление и
обоснование структурной схемы приѐмника……………………..57
1.1. Составление структурной схемы приѐмника ……..57
1.2. Определение количества контуров преселектора….64
1.3. Расчѐт эквивалентного затухания контуров
преселектора ……………………………………………………………65
1.4. Расчѐт полосы пропускания и неравномерности
коэффициента передачи в полосе пропускания приѐмника……66
1.5. Расчѐт коэффициента шума приѐмника……………67
2. Детальный расчѐт узлов схемы приѐмника
2.1. Выбор схемы входной цепи и еѐ расчѐт……………68
5
2.2. Выбор схемы усилителя радиочастоты
и его расчѐт……………………………………………………………..77
2.3. Выбор схемы преобразователя частоты
и его расчѐт……………………………………………………………..89
2.4. Выбор схемы гетеродина и его расчѐт……………..99
2.5. Выбор схемы усилителя промежуточной
частоты и его расчѐт ……………………………………………..106
2.6. Выбор схемы частотного детектора
и его расчѐт…………………………………………………………….112
2.7. Выбор схемы усилителя низкой частоты…………118
2.8. Выбор громкоговорителя……………………………..120
3.Выводы. Анализ выполнения требований
технического задания………………………………………………..120
4.Рекомендуемая литература…………………………………124
4. Требования по оформлению пояснительных
записок………………………………………………………….125
5.Форма титульного листа…………………………………… 127
Курсовой проект «Компьютерное моделирование
одноконтурной входной цепи радиоприемного устройства
с внешнеемкостной связью с ненастроенной антенной»
1. Постановка задачи.
1.1. Изучить по указанной в разделе 8 литературе:
- типы входных цепей с различными видами связи
с ненастроенной антенной;
- варианты построения входных цепей;
- методы определения селективности входных цепей;
- методы определения полосы пропускания входных цепей;
- методы определения коэффициента передачи входных цепей;
- методы определения влияния изменения параметров антенны и следующего каскада на стабильность показателей входных цепей;
1.2. Требуется рассчитать:
- величины резонансных коэффициентов передачи входной цепи в
диапазоне частот;
- резонансные характеристики контуров входной цепи при внешнеемкостной связи с антенной при настройке на минимальную и максимальную
частоты диапазона;
6
- полосы пропускания 0,707 контура в зависимости от частоты настройки входного контура;
- абсолютную расстройку контура входной цепи при изменении емкости антенны;
Расчеты провести:
- для нижней, средней и верхней частоты заданного диапазона частот;
1.3. Задание по экспериментальному исследованию входной цепи с использованием компьютерного моделирования:
- исследовать поведение резонансного коэффициента передачи входной
цепи в диапазоне частот;
- исследовать зависимость полосы пропускания
от
0, 707 контура
частоты настройки входного контура;
- исследовать зависимость абсолютной расстройки
входного контура при изменении емкости антенны;
- исследовать зависимость селективности по зеркальному каналу и по
каналу промежуточной частоты при настройке входной цепи на минимальную
и максимальную частоты диапазона.
7
2. Краткие теоретические сведения о входных
цепях устройств приема и обработки сигналов.
Входная цепь предназначена для селективной передачи сигнала из антенны на вход первого каскада приемника с наименьшими потерями и искажениями.
Входные цепи должны обеспечивать:
1.Селективность при действии сильных помех, вызывающих перекрестную
модуляцию и другие нелинейные явления;
2.Селективность по побочным каналам приема;
3.Полосу пропускания, достаточную для неискаженного приема сигнала;
4.Минимально возможную величину собственных шумов;
5.Максимально возможный коэффициент передачи;
6.Слабое влияние изменения параметров антенны на стабильность показателей качества приемника;
7.Простоту осуществления перестройки в заданном диапазоне частот в сочетании с надежностью конструкции, малыми габаритами и весом;
8.Необходимое постоянство характеристик в диапазоне частот.
В соответствии с указанными требованиями структурная схема входной
цепи имеет вид (рис.2.1.)
Zвн
ZA
.
EA
ЭС
.
E
.
U
Рис. 2.1 – Структурная схема входной цепи
Входная цепь состоит из резонансной системы (одиночного колебательного контура или полосового фильтра) и элемента связи с антенной. Резонансная система обеспечивает селективность при заданной полосе пропускания.
Влияние антенны на резонансную систему сводится к внесению в первый контур резонансной системы через элемент связи ЭДС Е и комплексного сопротивления ZВН.
Элемент связи с антенной имеет разное назначение в зависимости от типа антенны. При работе с настроенной антенной он обеспечивает согласование по
мощности между антенной и резонансной системой входной цепи. При работе с
ненастроенной антенной элемент связи ослабляет влияние изменения параметров антенны на стабильность параметров резонансной системы.
Под коэффициентом передачи входной цепи понимается отношение выходного
напряжения U К ЭДС в антенне E A
8

U
 .
E
A

K
вц
Последнее соотношение можно представить в виде

K
вц

U
E A
E
E A

U
E
 K

K
A ф,
где:

K
A
E
E A

K
ф

U
- коэффициент передачи фильтра (резонансной системы).
E
- коэффициент антенной связи,
На рис.2.2 приведена эквивалентная схема контура входной цепи, частично
подключенного к входу следующего каскада.
rэ
E
L
C1

U
C
C2

U
Рис.2.2. Эквивалентная схема контура входной цепи
с емкостной связью со следующим каскадом
Частичное включение обеспечивается применением емкостного делителя напряжения С1, С2. На схеме E - Э.Д.С., вносимая в контур из антенны,
rэ rk rвн А rвн сл - эквивалентное сопротивление потерь колебательного контура,
rk - сопротивление потерь контура, rвн А - сопротивление, вносимое в контур из
антенны, rвн сл - сопротивление, вносимое в контур следующим каскадом, L- индуктивность контура, C C1C2 - емкость контура, U c - напряжение на конденC1 C2
 - выходное напряжение.
саторе, U
Под коэффициентом включения контура p понимается отношение выходного
напряжения к напряжению на контуре (на реактивном элементе контура)
9
U
Uc
p
C
C2
C1
C1 C2
Определим сопротивление контура при последовательном обходе
Z
rэ
1
j L
j C
.
Характеристическое сопротивление контура равно
L
C
где
0
1
,
0C
L
1
- резонансная частота контура.
LC
0
Эквивалентное затухание контура определяется соотношением
rэ
dэ
.
С учетом последних соотношений сопротивление контура равно
Z
где y
0
jy) ,
(d э
- относительная расстройка.
0
Для определения комплексного коэффициента передачи выразим

U
E
(d э
1
p.
jy) j C
Из последнего соотношения следует, что
передачи контура:

K
ф
j
 через E

U
на любой частоте коэффициент
p
0
dэ
jy
Модуль комплексного коэффициента передачи контура равен
Kф
p
0
dэ
2
y2
.
10
Из последнего соотношения определим резонансный коэффициент передачи
(при
0 ):
p
dэ
K ф0
p Qэ ,
где Qэ - эквивалентная добротность контура.
Определим селективность контура.
Селективность контура показывает во сколько раз коэффициент передачи
контура для сигнала больше его коэффициента передачи для помехи
Kc
Kп
Se
.
Поскольку контур настраивается на частоту сигнала, то
передачи для помехи равен
Kп
где
Kф
при
Kc
K ф0 .
Коэффициент
,
п
- частота помехи.
Таким образом,
п
Kc
p
dэ
p
с
KП
П
dэ
2
yП 2
.
Селективность контура определяется следующим соотношением
Se
Kc
KП
П
с
1
yП
dэ
2
.
Из последнего соотношения следует, что селективность тем больше, чем
меньше эквивалентное затухание контура и чем
больше относительная расстройка помехи относительно частоты принимаемого
сигнала.
Определим полосу пропускания контура. На рис. 2.3 показана АЧХ контура, где
П - полоса пропускания контура при неравномерности АЧХ в полосе пропускания, равной , K ф гр - коэффициент передачи на границе полосы пропускания
при абсолютной расстройке относительно резонансной частоты контура fгр .
11
П
KФ0
KФгр
f
f гр
Рис. 2.3. АЧХ одиночного колебательного контура
Под неравномерностью АЧХ в полосе пропускания
понимается отношение
максимального коэффициента передачи в полосе пропускания к минимальному.
В рассматриваемом случае
K ф0
.
K ф гр
Тогда
p
0
K фгр
гр
dэ
2
yгр 2
.
При малых расстройках (Δωгр « ωо) отношение
0
1,
а относительная рас-
гр
стройка определяется следующим соотношением
У ГР
f ГР
f0
f0
f ГР
f ГР
f 0 f ГР
f 0 f ГР
f0
П
.
f0
2 f ГР
f0
Тогда
p
K фгр
.
2
dэ 1
f0 d э
Используя выражения для K ф0 и K ф гр , получим
2
1
f0 d э
12
2
f0 d э
1.
Из последнего соотношения следует, что полоса пропускания прямо пропорциональна резонансной частоте контура, его эквивалентному затуханию и увеличивается с увеличением допустимой неравномерности в полосе пропускания
(с уменьшением уровня отсчета полосы, который обратно пропорционален ).
На рис.2.4 показана эквивалентная схема входной цепи с подключенной параллельно выходу входной проводимостью следующего каскада g вх сл .
L
rк +r вн А
C1
E
g вх сл
C2
Рис. 2.4. Входная цепь с подключенной к ее выходу входной проводимостью следующего каскада
Определим сопротивление, вносимое в контур входной проводимостью
следующего каскада и соответствующее ему вносимое
затухание. Для решения этой задачи найдем сопротивление параллельно включенных конденсатора С2 и проводимости g вх сл
Z
g вх сл
1
g вх сл
j
0
j
0
C2
g вх сл 2 ( 0C2 ) 2
C2
.
Определим резистивную составляющую этого сопротивления при
0
C2
2
g в2хсл
rвн сл
gвх сл
gвх сл
( 0C 2 )
2
( 0C)
2
С
С2
2
p2
2
g вх сл .
Затухание, вносимое в контур, равно
d вн сл
p2 g вх сл .
Затухание, вносимое в контур, прямо пропорционально входной проводимости следующего каскада, характеристическому сопротивлению и квадрату
коэффициента включения. Из последнего соотношения следует, что эффективным способом
13
уменьшения вносимого затухания, а значит, повышения селективности контура
является его частичное включение.
Определим емкость, вносимую в контур при подключении к его выходу
входной емкости следующего каскада. Для этого воспользуемся эквивалентной
схемой рис.2.5.
rк +r вн А
L
E
C1
C2
С вх сл
Рис.2.5 Входная цепь с подключенной к ее выходу входной емкостью
следующего каскада
При подключении к контуру Свх сл емкость контура изменится на следующую величину
Cвн сл
C1 (C2 Cвх сл )
С1 C2 Cвх сл
C1 C2
С1 C2
p2Cвх сл
Последнее соотношение справедливо при выполнении условия
С1 С2
СВХСЛ .
Таким образом, емкость, вносимая в контур, прямо пропорциональна
входной емкости следующего каскада и квадрату коэффициента включения
контура.
Частичное включение является эффективным способом уменьшения
влияния внешних реактивных элементов на стабильность настройки колебательного контура.
14
3. Принципиальная схема для исследования с использованием компьютерного моделирования
Рис.3.1. Схема для исследования входной цепи
с внешнеемкостной связью
С помощью генератора
G и вольтметра V1 на
входе схемы устанавливаются в соответствии с
методическими указаниями напряжение заданной частоты и его уровень.
Выходное напряжение контролируется вольтметром V2.
Ra, La, Ca – элементы эквивалента антенны с заданными параметрами (см.
табл. 4-1). С помощью ключей А и В можно в соответствии с методическими
указаниями изменить емкость антенны Са от 100 pF до 300 pF относительно
Сасредн = 200 pF.
Ссв = 22 pF - емкость связи антенны с входным контуром.
На схеме представлены три входных конура – Lk C3; Lk C4; Lk C5, настроенные на частоты 1600 кГц, 1060 кГц и 520 кГц, соответственно. Последовательно
с емкостями контуров Ск включены рассчитанные в соответствии с методическими указаниями сопротивления контуров Rk. Выбор контуров осуществляется переключателями D и E. С помощью плоттера можно анализировать резонансные характеристики контуров.
4. Исходные данные; варианты заданий для выполнения курсового
проекта; требования к проекту.
4.1. Исходные данные и варианты для расчетов и моделирования
приведены в таблице 4-1 и в таблице 4-2.
15
таблица 4-1
ед-ца измер.
Наименование основных параметров
(общие данные)
1. Сопротивление эквивалента антенны
2. Индуктивность эквивалента антенны
3.
4.
5.
Емкость эквивалента антенны (средняя)
Емкость связи с антенной
Индуктивность колебательного контура
6.
7.
Сопротивление нагрузки
Добротность колебательного контура
27Ом
rА
LА 10мкГн
Са ср =200 pF
Cс
Qк
0
22 pF
Lк
174мкГн
Rш
75кОм
Lк rк
110
Данные для
контрольного
примера
Наименование основных параметров
(варианты)
Минимальная частота диапазона,
foмин, кГц
9. Средняя частота диапазона, foсредн,
кГц
10 Максимальная частота диапазона,
.
foмах, кГц
11 Максимальная емкость эквивалента ан.
тенны, Самах, pF
12 Минимальная емкость эквивалента ан.
тенны, Самин, pF
8.
520
1060
1600
300
100
таблица 4-2
№
парамет
ра
8.
9.
10.
11.
12.
1
2
500
505
1060 1070
1560 1570
260 270
100
95
3
510
1080
1580
280
90
Номер варианта
4
5
6
515
1090
1590
290
85
520
1100
1600
300
80
525
1050
1550
310
105
7
8
9
10
530
1040
1540
320
110
535
1030
1530
330
115
540
1020
1520
340
120
545
1010
1510
350
125
16
№
парамет
ра
8.
9.
10.
11.
12.
таблица 4-2 (продолж.)
Номер варианта
13
14
15
16
17
18
19
11
12
545
1010
1510
350
125
540
1020
1520
340
120
535
1030
1530
330
115
530
1040
1540
320
110
525
1050
1550
310
105
520
1060
1560
300
100
515
1070
1570
290
95
510
1080
1580
280
90
20
505
1090
1590
270
85
500
1100
1600
260
80
таблица 4-2 (продолж.)
№
пара
метра
21
22
8.
9.
10.
11.
12.
525
1100
1600
300
80
530
1090
1590
310
85
Номер варианта
23
24
25
535
1080
1580
320
90
540
1070
1570
330
95
545
1060
1560
340
100
26
27
28
29
30
550
1050
1550
350
105
520
1040
1540
260
110
515
1030
1530
270
115
510
1020
1520
280
120
505
1010
1510
290
125
4.2. Моделирование при выполнении курсовой работы может проводиться с
использованием программного обеспечения
Multisim-11
(Electronics
Workbench).
4.3. Для защиты курсового проекта должны быть представлены:
- пояснительная записка;
- диск с программным обеспечением, позволяющим проверить выполнение задания по моделированию.
4.4. Требования к содержанию пояснительной записки:
Пояснительная записка должна содержать следующие разделы и материалы:
1. Введение. Постановка задачи.
2. Исходные данные для проектирования. Принципиальная схема для исследования.
3. Краткие теоретические сведения.
4. Выполнению теоретических расчетов:
17
4.1. Расчет величины резонансного коэффициента передачи входной цепи.
4.2.Расчет резонансных кривых контуров ВЦ при
внешнеемкостной связи с антенной
4.3.Расчет полосы пропускания 0,707 контура
4.4.Расчет абсолютных расстроек контура ВЦ
при изменении емкости антенны
5. Выполнение экспериментального исследования с использованием компьютерного моделирования
5.1. Экспериментальное определение величины
резонансного коэффициента передачи входной цепи
5.2. Определение зависимости резонансного
коэффициента передачи от частоты настройки входной цепи
5.3. Экспериментальное определение резонансных
характеристик контуров входной цепи при настройке
на минимальную и максимальную частоты диапазона
5.4. Сравнение экспериментально снятых резонансных
характеристик контуров ВЦ с рассчитанными данными
5.5. Экспериментальное определение полосы пропускания
0, 707 контуров; сравнение экспериментальных и расчетных
данных
5.6. Экспериментальное определение абсолютной
расстройки контура выходной цепи при изменении емкости
антенны; сравнение экспериментальных и расчетных
данных
5.7.Измерение селективности по зеркальному каналу
и по каналу промежуточной частоты
6. Заключение. Анализ выполнения требований технического задания
7. Список использованной литературы
8. Приложение. Диск с программой выполнения работы.
18
5. Методические указания по выполнению теоретических расчетов
5.1. Расчет величины резонансного коэффициента передачи входной
цепи.
Расчеты провести на средней, минимальной и максимальной частотах диапазона.
Коэффициента передачи входной цепи:
K А 0 KФ 0 ,
K вц 0
где K А0 – коэффициент антенной связи;
KФ 0 – резонансный коэффициент передачи входного фильтра.
2
0
K А0
LK C0
CcC Aср
C0
2
2 f0
Cc C Aср
1
KФ 0
dЭ
LK C0 ,
,
,
где d Э – эквивалентное затухание контура ВЦ.
dЭ
dK
K A2 0 rA
Rш
,
d K – собственное затухание контура ВЦ.
dK
1
QK ,
– характеристическое сопротивление контура.
2 f0 LK ,
0 LK
Сопротивление потерь в контуре:
rk
dk
5.2. Расчет резонансных кривых контуров ВЦ при внешне-емкостной
связи с антенной
Расчет привести для минимальной и максимальной частоты диапазона
по 5-6 точек справа и слева от каждой резонансной частоты (табл.5.1 и 5.2).
Резонансная характеристика определяется выражением
19
K
K0
1
y
dЭ
1
где
y
f
f 0min
f 0min
f
2
,
(для минимальной частоты),
dэ – см. расчеты по п.5.1
табл.5.1
fомин
0
1
f , кГц
y
K K0
y
f
f 0 max
f 0 max
f
- для максимальной частоты.
табл.5.2
f , кГц
fом
ах
0
y
K K0
1
5.3. Расчет полосы пропускания 0,707 контура
Расчеты провести на минимальной и максимальной частоте диапазона.
Резонансная характеристика определяется выражением:
K
K0
1
1
y
dЭ
2
где
dЭ
K А0
K A2 0 rA
dK
2
0
Rш
LK C0
0
LK
2 f 0min
2
LK C0 ,
2 f0 LK ,
20
Полоса пропускания на уровне
Тогда имеем:
Из условия:
y
dЭ
y
или
1
f
f 0min
K
K0
y
f 0min
f
определяется из условия, что
0, 707
y
dЭ
2
1.
dЭ .
имеем:
1
f 0min
f2
y f
f0
0,
откуда определяем частоты, соответствующие уровню 0,707.
Первая частота f1 f0min . Поэтому при y dЭ получаем значение f1, соответствующее уровню 0,707 на одном скате резонансной характеристики.
Вторая частота f 2 f0min . Поэтому y dЭ и получаем значение f2,
соответствующее уровню 0,707 на другом скате резонансной характеристики.
Полоса пропускания:
П0,707 f1 f 2 .
Аналогично делается расчет для максимальной частоты диапазона.
5.4. Расчет абсолютных расстроек контура ВЦ при изменении емкости
антенны
Расчет проводится относительно среднего значения СAср 200пФ и настройке на
максимальную частоту диапазона.
Для максимального значения емкости антенны Самах расстройка контура
входной цепи составляет:
f
0,75 f 0 max
C02 C A max C Aср
CK C A max C A min
кГц,
где С K – полная эквивалентная ѐмкость контура.
СK
1
LK
2
0
1
4
2
2
f 0max
LK
;
Для минимального значения емкости антенны Самин расстройка контура
входной цепи составляет
f
0,75 f 0 max
C02 C A min C Aср
CK C A max C A min
кГц.
21
6. Методические указания по выполнению экспериментального исследования
Задание 1. Экспериментально определить величину резонансного коэффициента передачи входной цепи Kвц 0 на минимальной, средней и максимальной
частотах настройки входного контура и сравнить результаты эксперимента с
расчетом.
Для выполнения этого пункта лабораторной работы необходимо открыть
общую схема для исследования (рис.3.1).
На данной схеме:
- установить переключателем А величину емкости связи с антенной Сасредн = 200 pF ;
-переключателями D и E выбрать поочередно контура, настроенные на
частоту fмин, fсредн и fмах диапазона;
-на генераторе G установить соответствующую частоту, а уровень отрегулировать так, чтобы на каждой частоте на вольтметре V1 было напряжение,
равное 100 мВ;
-зафиксировать Plotter-oм настройку контуров, а вольтметром V2 - уровень выходного напряжения;
- определить величину резонансного коэффициента передачи входной цепи
Kвц 0 в зависимость от частоты настройки входного контура.
Привести таблицу 6.1 сравнения результатов эксперимента с расчетом.
foмин
foср
табл.6.1
foмах
Ко
расч
Ко
эксп.
Задание 2. Определение зависимости резонансного коэффициента передачи от частоты настройки входной цепи.
По результатам задания 1 построить на одном графике зависимость резонансного коэффициента передачи от частоты настройки входной цепи для
экспериментальных и расчетных данных.
Задание 3. Определить экспериментально резонансные характеристики
контуров входной цепи при настройке на минимальную и максимальную частоты диапазона
22
Для выполнения этого пункта лабораторной работы использовать схему
рис.3.1:
- выбрать контур, соответствующий fмин или fмах;
- установить частоту генератора G в соответствии с выбранным контуром.
Установить напряжение генератора таким, чтобы напряжение на выходе входной цепи (вольтметр V2) на резонансной частоте было равно Uвых = 100 мВ.
Затем, не перестраивая контур и не меняя выходной уровень генератора изменять его частоту таким образом, чтобы выходное напряжение изменялось ступенями 90,80,70,…10мВ справа и слева от резонансной частоты (табл.6.2). По
данным табл.6.2 построить резонансные характеристики настройки контуров
(графики).
Задание 4. Используя экспериментально снятые резонансные кривые контуров ВЦ при внешнеемкостной связи с антенной при настройке на минимальную и максимальную частоты диапазона, совместить их для сравнения на одном графике (для каждой частоты) с ранее рассчитанными данными.
Задание 5. Используя экспериментально снятые резонансные кривые
контуров ВЦ при внешнеемкостной связи с антенной при настройке на минимальную и максимальную частоты диапазона, определить полосы пропускания
0, 707 контуров на минимальной и максимальной частоте диапазона. Привести
таблицу 6.3 сравнения экспериментальных и расчетных данных.
табл.6.2
Резонансная кривая Резонансная кривая
при настройке на при настройке на
минимальную часто- максимальную часту диапазона
тоту диапазона
f , кГц
U вых , мВ
10
30
50
70
80
90
foмин 100
90
80
70
50
30
10
K K0
1
f , кГц
U вых , мВ
10
30
50
70
80
90
foмах 100
90
80
70
50
30
10
K K0
1
23
табл.6.3
foмин
foмах
расч
П0,707 , кГц
П0,707 , кГц
эксп.
Задание 6. Определить экспериментально абсолютные расстройки f контура выходной цепи при изменении емкости антенны относительно среднего
значения СAср 200 pФ и настройке на максимальную частоту диапазона.
Для выполнения этого пункта лабораторной работы использовать схему
рис.3.1.
- выбрать контур, соответствующий fмах;
- установить переключателем А величину емкости связи с антенной Сасредн = 200 pF;
- установить на генераторе G частоту fмах с уровнем 100 мВ (по вольтметру
V1);
- зафиксировать Plotter-oм и вольтметром V2 настройку контура на fмах;
- переключателями А и В установить величину емкости связи с антенной
Са мин;
- изменяя частоту генератора G в небольших пределах и контролируя напряжение вольтметром V2, определить измененную резонансную частоту контура;
- повторить измерения с подключенной емкостью связи с антенной
Са мах;
- привести таблицу 6.4 сравнения экспериментальных и теоретических результатов
расчѐт
f , кГц
табл.6.4
эксперимент
f , кГц
f , кГц
f , кГц
Задание 7. Измерить селективности по зеркальному каналу и по каналу
промежуточной частоты при настройке входной цепи на минимальную и максимальную частоты диапазона (fпром = 465 кГц; fзерк = fсигн +2 fпром).
Для выполнения этого пункта лабораторной работы использовать схему
рис.3.1:
- выбрать переключателями D и E контур, соответствующий fмах;
- установить переключателями А и В величину емкости связи с антенной
Сасредн = 200 pF;
24
- установить на генераторе G соответствующую частоту сигнала fс = fмах с
уровнем по вольтметру V1 = 100 мВ;
- зафиксировать Plotter-oм и вольтметром V2 настройку контура на fс;
- определить коэффициент передачи входной цени Ко на частоте сигнала;
- поочередно устанавливая на генераторе G частоты fпром и fзерк, определить соответствующие коэффициенты передачи Кп входного контура на этих
частотах;
- рассчитать селективности по зеркальному каналу и по каналу промежуточной частоты как
Se
K0
,
KП
или
Se, дб
20lg
K0
KП
- повторить измерения на минимальной частоте диапазона.
Результаты привести в табл.6.5
Частота Частота
сигнала помехи
fС , кГц
foмин
foмах
f П , кГц
табл.6.5
Внешнеемкостная связь
KС
K0
KП
Se
KC Kп
Se, дБ
465
foмин+
2 fпром
465
foмах+
2 fпром
7. Контрольный пример по теоретическому и экспериментальному исследованию
7.1. Принципиальная схема для исследования с использованием компьютерного моделирования приведена на (рис. 7.1):
Рис.7.1. Схема для исследования входной цепи с внешнеемкостной связью
25
Исходные данные для моделирования приведены в табл.4-1.
7.2. Расчет величины резонансного коэффициента передачи входной
цепи
1) Расчет на средней частоте диапазона f0 1060кГц .
Коэффициента передачи входной цепи:
K А 0 KФ 0 ,
K вц 0
где K А0 – коэффициент антенной связи;
KФ 0 – резонансный коэффициент передачи входного фильтра.
2
0
K А0
LK C0
C0
C0
2
2 f0
Cc C Aср
Cc C Aср
LK C0 ,
,
22 10 12 200 10 12
22 10 12 200 10 12
19,82пФ ;
Итого:
K А0
4
2
10602 106 174 10
1
KФ 0
6
19,82 10
12
0,153 ;
dЭ ,
где d Э – эквивалентное затухание контура ВЦ.
dЭ
dK
K A2 0 rA
Rш
,
d K – собственное затухание контура ВЦ.
dK
dK
1
QK ,
1
9, 09 10
110
3
;
– характеристическое сопротивление контура.
2 f0 LK ,
0 LK
2 1060 103 174 10 6 1158,87Ом ,
26
Сопротивление потерь в контуре:
rk
rk
dЭ
dk
3
9,09 10
9,09 10
3
1158 10,5Ом
0,1532 27
1158,87
1158,87
75 103
24,5 10
3
;
Таким образом,
41 ;
KФ 0
1
Kвц 0
0,153 41 6, 27 .
24,5 10
3
Итак, на fo = 1060 кГц
2) Расчет на минимальной частоте диапазона f0 520кГц .
Коэффициента передачи входной цепи:
K А 0 KФ 0 ,
K вц 0
где K А0 – коэффициент антенной связи;
KФ 0 – резонансный коэффициент передачи входного фильтра.
K А0
2
0
LK C0
C0
C0
2 f0
2
Cc C Aср
Cc C Aср
22 10 12 200 10 12
22 10 12 200 10 12
LK C0 ,
,
19,82пФ ;
Итого:
K À0
4
2
5202 106 174 10
6
1
KФ 0
19,82 10
12
0, 0367 ;
dЭ ,
где d Э – эквивалентное затухание контура ВЦ.
dЭ
dK
K A2 0 rA
Rш
,
d K – собственное затухание контура ВЦ.
27
1
dK
QK ,
1
9, 09 10 3 ;
110
dK
– характеристическое сопротивление контура.
2 f0 LK ,
0 LK
520 103 174 10
2
6
568Ом ,
Сопротивление потерь в контуре:
rk
rk
dЭ
9,09 10
3
dk
9,09 10
3
568 5Ом
0,03672 27
568
568
75 103
16,72 10
3
;
Таким образом,
1
16, 72 10
KФ 0
3
59,8 ;
Итак, на fo = 520 кГц
Kвц 0
0,0367 59,8
2,2 .
3) Расчет на максимальной частоте диапазона f0 1600кГц .
Коэффициента передачи входной цепи:
K А 0 KФ 0 ,
K вц 0
где K А0 – коэффициент антенной связи;
KФ 0 – резонансный коэффициент передачи входного фильтра.
K А0
2
0
LK C0
C0
C0
2 f0
CcC Aср
Cc C Aср
22 10 12 200 10 12
22 10 12 200 10 12
2
LK C0 ,
,
19,82пФ ;
28
Итого:
K А0
4
2
16002 106 174 10
1
KФ 0
6
dЭ
19,82 10
12
0,344 ;
,
где d Э – эквивалентное затухание контура ВЦ.
dЭ
K A2 0 rA
dK
,
Rш
d K – собственное затухание контура ВЦ.
1
dK
QK
,
1
9, 09 10
110
dK
3
;
– характеристическое сопротивление контура.
0
2 f0 LK ,
LK
1600 103 174 10
2
6
1748Ом ,
Сопротивление потерь в контуре:
rk
rk
dЭ
dk
9,09 10
9,09 10
3
3
1748 16Ом
0,3442 27
1748
1748
75 103
0.03 ;
Таким образом,
KФ 0
1
0.03
33, 33 ;
Итак, на fo = 1600 кГц
Kвц 0
0,344 33,33 11, 47 .
7.3. Расчет резонансных характеристик контуров ВЦ при внешнеемкостной связи с антенной при настройке на минимальную и максимальную частоты диапазона по 5-6 точек справа и слева
от каждой резонансной частоты (табл.7.1 и табл.7.2).
29
для минимальной частоты:
f 0min
f
, dЭ
f0min 520кГц , y
f 0min
0,017 ,
f
K
K0
1
.
2
y
dЭ
1
550
0,1
19
0,1
4
540
0,0
78
0,2
08
530
525
0,0
2
0,0
39
0,3
9
1
0,6
8
520
510
515
0,6
8
K K0
0,3
9
0,1
4
y
0,2
08
0,1
19
0,0
78
0,0
39
0,0
2
0
f , кГц
500
490
табл.7.1
для максимальной частоты:
1720
0,2 0,145
0,103 1680
0,28
0,051 1640
0,51
0,366 0,076 1660
0,016 1610
0,025 1620
1600
0
1
0,88
0,77
0,032 .
1590
1560
dЭ
1580
,
1540
1520
f 0max
f 0max
f
0,103
0,366
0,076
0,51
0,051
0,77
0,025
0,88 0,016
K K0
f
0,28
y
0,25
f , кГц
y
1500
0,115
f0max 1600кГц ,
табл.7.2
7.4. Расчет полосы пропускания
стройки входного контура.
0, 707
контура в зависимости от частоты на-
– для минимальной частоты:
f0min 520кГц ,
K А0
4
2
2
0
LK C0
2
6
2 f 0min
520 10 174 10
6
2
LK C0
19,82 10
12
,
0, 037
30
0
dЭ
K
K0
1
y
dЭ
K
K0
;
1
2
y
2 f 0 LK
1
f 0min
520 103 174 10
9,09 10
Rш
y
имеем:
568,5Ом ,
6
0,0372 27
568,5
3
при условии, что
или
f 0min
f
f
2
K A2 0rA
0, 707
y
dЭ
Тогда имеем:
Из условия:
dK
LK
568,5
75 103
0,017
2
y
dЭ
1.
0,017 .
dЭ
1
f2
f 0min
y f
f0
0.
Определяем частоты, соответствующие уровню 0,707.
Первая частота f1
f 0min . Поэтому y
1
f2
3
520 10
Из соотношения
f1
Вторая частота f 2
Из соотношения
dЭ :
0, 017 f
0,017 2
2 520 103
520 103
0
получаем значение:
515,58кГц .
f 0min . Поэтому y dЭ :
1
f 2 0, 017 f
3
520 10
f2
520 103
0,017 2
2 520 103
0
получаем значение:
524, 42кГц .
Полоса пропускания:
П0,707
f1
f2
524,42 515,58 8,84кГц .
– для максимальной частоты:
f0max
1600кГц ,
31
2
0 K
K А0
L C0
2
2 f 0 max
LK C0
0
dЭ
K
K0
K A2 0rA
dK
Rш
;
K
K0
y
dЭ
1,
1
1
y
dЭ
Тогда
2
Из условия y
9,09 10
f 0 max
16002 106 174 10
2 f 0 LK
0,342 27
1748
3
или
f 0 max
f
2
y
19,82 10
2
1600 174 10
1748
75 103
6
12
0,34
1748Ом ,
0,03 .
2
y
dЭ
1.
0,03 .
dЭ
имеем
6
2
при условии, что
0, 707
f
LK
4
1
f 0max
f2
y f
0.
f0
Определяем частоты, соответствующие уровню 0,707.
Первая частота f1
Из соотношения
f 0max . Поэтому y
1
f 2 0, 03 f 1600 103
1600 103
f1
Вторая частота f2
Из соотношения
dЭ :
0,03 2
2 1600 103
0
получаем значение
1576кГц .
f0max , поэтому y dЭ :
1
f 2 0, 032 f 1600 103
1600 103
f2
0,03 2
2 1600 103
0
получаем значение
1624кГц
Полоса пропускания:
32
П0,707
f2
f1 1624 1576 48кГц .
7.5. Расчет абсолютных расстроек контура ВЦ при изменении емкости
антенны относительно среднего значения и настройке на максимальную частоту диапазона.
f
0,75 f 0 max
C02 C A max C Aср
CK C A max C A min
,
1600кГц
f0max
С K – полная эквивалентная ѐмкость контура.
1
LK
СK
f
2
0
1
2
f
0,75 1,6 10
6
4
f
f
0,75 1,6 10
2
0max
LK
19,8 10
5,7 10
4
1
1600 106 174 10
2
12 2
11
0,75 f 0 max
6
19,8 10
5,7 10
12 2
11
6
5, 7 10 11Ф ;
300 10 12 200 10 12
300 10 12 100 10 12
27,5кГц .
C02 C A min C Aср
,
CK C A max C A min
100 10 12 200 10 12
300 10 12 100 10 12
27,5кГц .
7.6. Экспериментальная часть примера
Задание 1. Экспериментальное определение величины резонансного
коэффициента передачи входной цепи Kвц 0 на средней, максимальной и минимальной частотах настройки входного контура. Сравнение результатов эксперимента с расчетом.
Проверка на частотах: 520, 1060 и 1600 кГц:
Ко расч
Ко эксп.
fo=520
кГц
2.19
2.21
fo=1060
кГц
6,27
6.58
табл.7.3
fo=1600
кГц
11,47
11,7
33
Задание 2. Построение графика зависимости резонансного коэффициента
передачи от частоты настройки входной цепи.
Рис.7.1. Зависимость резонансного коэффициента передачи от частоты настройки входной цепи.
Задание 3. Снять экспериментально резонансные характеристики
контура входной цепи при настройке на минимальную и максимальную частоты диапазон (табл.7.4).
По данным эксперимента
табл.7.4
Резонансная
кривая Резонансная
кривая
при настройке на ми- при настройке на макнимальную
частоту симальную
частоту
диапазона
диапазона
f , кГц
U вых , мВ
K K0
f , кГц
U вых , мВ
K K0
506,5
510,3
512,8
514,5
515,8
517
518,2
520
522,6
523,85
525,1
526,5
528,5
531
535,2
30
40
50
60
70
80
90
100
90
80
70
60
50
40
30
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
1514
1533
1552
1563
1572
1580
1588
1600
1618
1626,8
1635
1646
1659
1678
1712
30
40
50
60
70
80
90
100
90
80
70
60
50
40
30
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
34
Задание 4. Используя экспериментально снятые резонансные кривые
контуров ВЦ с внешнеемкостной связью с антенной при настройке на минимальную и максимальную частоты диапазона, совместить их для
сравнения на одном графике (для каждой частоты) с ранее рассчитанными
данными (рис.7.2 и рис.7.3).
Рис.7.2. Резонансные кривые при настройке на минимальную
частоту диапазона
Рис.7.3. Резонансные кривые при настройке на максимальную
частоту диапазона
Задание 5. Экспериментальное определение значения полосы пропускания 0,707 контура в зависимости от частоты
настройки входного контура. Сравнение их с расчетными значениями.
Данные эксперимента:
– для минимальной частоты:
f ' 516кГц ,
35
f"
f
"
524кГц ,
524 516 8кГц .
f'
– для максимальной частоты:
f ' 1574кГц ,
f " 1626кГц
f " f ' 1626 1574 58кГц
табл.7.5
расчѐт
эксперимент
f , кГц
520 1600
0
П0,707 , кГц
8,84
520
1600
8
58
48
Задание 6. Экспериментальное определение абсолютных расстроек
контура ВЦ при изменении емкости антенны относительно среднего значения и настройке на максимальную частоту диапазона. Сравнение их с расчетными значениями.
Данные эксперимента:
При CAmin 100пФ : f 0" 1627,5кГц ,
при СAср 200пФ :
f 0 1600кГц ,
при CAmax 300пФ :
f 0' 1572,5кГц
f
f 0'
f0
1572,5 1600
f
f 0"
f0
1627,5 1600
27,5кГц .
27,5кГц .
расчѐт
f , кГц
-27,5
табл.7.6
эксперимент
f , кГц
f , кГц
27,5
-28
f , кГц
29
Задание 7. Измерение селективности по зеркальному каналу и по каналу промежуточной частоты при настройке входной цепи на минимальную и
максимальную частоты диапазона (fпром = 465 кГц; fзерк = fсигн +2 fпром) –
табл.7-7:
36
Частота
сигнала
Частота
помехи
fС , кГц
f П , кГц
табл.7-7
табл.7.7
Внешнеемкостная связь
KС
K0
465
520
2,41
1450
465
1600
11,7
2530
KП
0,1
6
0,0
49
0,0
3
0,6
2
Se
KC KП
Se, дБ
15,06
49,18
390
18,87
8. Рекомендуемая литература
Основная:
1. Галочкин В.А. Устройства приема и обработки сигналов. Конспект лекций
(учебное пособие) - Самара: ГОУВПО ПГУТИ, 2011- 424 с
2. Основы электроники, радиотехники и связи: учебное пособие для вузов
А.Д.Гуменюк, В.И. Журавлев, Ю.Ю. Мартюшев и др.; под ред. Г.Д.Петрухина –
М.: Горячая линия – Телеком, 2008. – 480с.
3. Колосовский Е.А. Устройства приема и обработки сигналов. Учебное пособие для вузов.- М.: Горячая линия – Телеком, 2007- 465с.
4. Радиоприемные устройства. Под ред. проф. Фомина Н.Н. М. Р и С 2003г.
Дополнительная:
5. Головин О.В. Радиоприѐмные устройства. – М.: Горячая линия– Телеком,
2004.
6. Под. ред. проф. Жуковского А.П. Радиоприемные устройства. М..: Высшая школа, 1989г.
7. Белкин М.К. и др. Справочник по учебному проектированию приемоусилительных устройств. Под общей редакцией М.К.Белкина. Изд-во «Выша
школа» 1988г.
8. Буга Н.Н., Фалько А.И., Чистяков Н.И. Радиоприѐмные устройства. – М.:
Радио и связь, 1986г.
37
Курсовой проект «Радиоприѐмное устройство связной
ЧМ – радиостанции»
1. Постановка задачи
1.1.Изучить по указанной в разделе 4 литературе принципы работы и расчетов:
- входных цепей;
- усилителей радиочастоты и промежуточной частоты;
- преобразователей частоты;
- детекторов сигналов;
-усилителей низкой частоты.
1.2. Обосновать и разработать структурную схему радиостанции (приемную часть)
1.3. Рассчитать в соответствии с техническим заданием:
- параметры и элементы преселектора;
- полосу пропускания приемника;
- коэффициент шума приемника;
- параметры усилителя радиочастоты и усилителя промежуточной
частоты;
- параметры преобразователя частоты;
- параметры частотного детектора;
- параметры усилителя низкой частоты.
2. Исходные данные; варианты заданий для выполнения курсового
проекта; требования по выполнению проекта.
2.1. Варианты заданий исходных данных приведены в таблице 31 и в таблице 3-2.
таблица 3-1
Наименование основных параметров Обознач-е;
ед-ца измер.
1.
Тип радиостанции
Связь; ЧМ
2.
Частота настройки
fo;
МГц
3.
Чувствительность
Еа;
мкв
4.
Коэффициент
b;
дб
сигнал/шум
5.
Избирательность по соседнему
каналу
Se сос; дб
6.
Избирательность по зеркальному
каналу
Se зерк; дб
38
Девиация частоты
Полоса звуковых частот
Неравномерность АЧХ (по нч)
Коэффициент гармоник
Напряжение источника питания
7.
8.
9.
10.
11.
Δ fм; кГц
Fмин…Fмах; кГц
σ;
дб
Кг;
%
Еп;
В
таблица 3-2
Параметр
(номер)
1
2
3
4
5
6
7
8
2
3
110
30
139
8
9
10
11 15 32 85 110
5
1
5
5
6
2
3
7
4
2
15
25
20 15 15 20 10 20
70
65
60 55 70 65 60 55
75
70
70 60 75 70 65 70
5
4
4
5
5
5
4
4
0,3
0,3 0,27 0, 0,2 0,2 0,3 0,27
..
…
.. 3 .. … ... … …
3,5
3,0
2,4 2,7 2,4 2,7 2,7 2,4
7
4
6
5
6
5
4
6
6
3
4
6
5
4
5
4
12
12
6
6 12 12 6
6
90
70
90 50 70 90 50 50
Продолжение таблицы 3-2
3
20
50
60
4
0,3
..
2,7
5
5
6
50
9
10
11
12
Параметр
(номер)
1
2
3
4
5
6
7
1
Номер варианта
4
5
6
7
117
11
12
13
Номер варианта
14
15
16
120
1
20
50
60
5
40
5
25
55
75
5
149
0,5
15
60
70
4
127
1,5
10
65
70
5
125
3,5
20
70
75
5
161
2
15
55
70
5
35
6
10
50
60
4
0,3
...
3,0
7
6
12
90
17
18
19
20
42
4
20
60
70
5
95
5
15
50
60
4
120
1
20
55
60
4
45
6
20
50
70
4
39
8
0,3
..
2,7
0,34
..
3,5
0,3
..
3,0
0,27
..
2,4
0,3
..
2,7
0,2
..
2,4
0,2
..
2,7
9
10
11
12
7
3
12
90
4
6
12
70
6
6
6
70
5
4
6
70
5
5
6
50
6
3
6
50
7
5
12
70
Па
ра- 21
22
мет
р
(но
мер
)
1
2 130 50
3
2
4
4
15
20
5
70
65
6
75
70
7
5
5
8 0,3.. 0,34
.
…
2,7 3,5
9
4
6
10
3
6
11
6
6
12 90
90
0,3
..
2,7
0,2 0,3
7
..
.. 3,0
2,4
6
5
4
4
5
6
12 12
12
70 70
50
Продолжение таблицы 3-2
Номер варианта
23
24
25
26
27
28
29
30
159
1
25
50
70
5
0,3
…
3,0
5
6
6
50
137
3
20
55
60
5
0,27
…
2,4
7
4
6
70
135
4
15
60
70
4
0,32
…
7
5
5
12
90
171
4
20
65
70
5
0,2
…
2,4
6
3
6
70
52
1
15
70
75
4
0,2
…
2,7
4
5
12
50
105
2
25
50
65
4
0,3
..
2,7
6
4
6
70
130
3
15
65
70
4
0,27
…
2,4
4
5
12
50
55
5
20
50
70
5
0,3
…
3,0
5
6
12
90
продолжение таблицы 3-2
Номер варианта
Параметр
(номер)
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
1
2
3
4
5
6
115
2
20
55
65
35
5
25
65
75
129
1
15
70
75
137
0,5
20
65
75
125
1,5
15
60
70
165
2,5
20
55
65
38
6
20
50
60
89
7
15
50
60
120
2
20
65
75
38
8
25
60
70
40
7
8
9
10
11
12
5
0,3
…
2,7
5
3
6
50
4
0,34.
…
3,5
7
6
12
90
5
0,3
…
3,0
6
6
12
70
4
0,27
…
2,4
5
4
6
70
5
0,3
…
2,7
4
5
6
30
5
0,2
…
2,4
6
3
12
50
4
0,2
..
2,7
5
5
12
90
4
0,3
..
2,7
7
4
12
70
4
0,27
..
4
6
5
6
50
5
0,3
..
3,0
5
6
6
50
2.2. Для защиты курсового проекта должны быть представлены:
- пояснительная записка;
- принципиальная схема с перечнем элементов.
2.3. Требования к содержанию пояснительной записки:
Пояснительная записка должна содержать следующие разделы:
Введение
Техническое задание на курсовой проект
1. Структурный синтез РПУ. Составление и обоснование структурной схемы
приѐмника
1.1. Составление структурной схемы приѐмника
1.2. Определение количества контуров преселектора
1.3. Расчѐт эквивалентного затухания контуров преселектора
1.4. Расчѐт полосы пропускания и неравномерности коэффициента передачи
в полосе пропускания приѐмника
1.5. Расчѐт коэффициента шума приѐмника
2. Детальный расчѐт узлов схемы приѐмника
2.1. Выбор схемы входной цепи и еѐ расчѐт
2.1.1. Расчет емкости связи с антенной
2.1.2. Рассчитаем коэффициент подключения селективной
системы к первому каскаду УРЧ и емкости связи для его подключения
2.1.3. Расчет коэффициента передачи входной цепи
2.1.4. Расчет избирательности входной цепи по соседнему каналу
2.1.5. Расчет избирательности входной цепи по побочным каналам
2.2. Выбор схемы усиления радиочастоты и его расчѐт
2.2.1. Выбор усилительных элементов УРЧ
2.2.2. Выбор режима работы усилительных элементов
2.2.3. Расчѐт основных элементов УРЧ
2.2.4. Расчет параметров контура
2.2.5. Определим коэффициент передачи УРЧ
2.3. Выбор схемы преобразователя частоты и его расчѐт
2.3.1. Расчѐт смесителя
41
2.3.2. Расчѐт элементов коллекторной цепи смесителя
2.3.3. Расчет коэффициента передачи ПЧ
2.3.4. Выбор фильтра сосредоточенной селекции
2.3.5. Расчет избирательности по соседнему каналу
2.4. Выбор схемы гетеродина и его расчѐт
2.5. Выбор схемы усилителя промежуточной частоты и его расчѐт
2.6.Выбор схемы частотного детектора и его расчѐт
2.6.1. Выбор параметров частотного детектора
2.6.2. Расчет детекторной характеристики
2.7. Выбор схемы усилителя низкой частоты
2.8. Выбор громкоговорителя
3. Выводы. Анализ выполнения требований технического задания
4. Список литературы
5.Приложение. Принципиальная схема с перечнем элементов
3. Краткие теоретические сведения, методические рекомендации по
расчетам и проектированию в контрольном примере выполнения курсового проекта «Радиоприѐмное устройство связной ЧМ – радиостанции»
3.1. Техническое задание на проектирование (контрольный пример)
В данном курсовом проекте необходимо разработать радиоприѐмное устройство связной ЧМ радиостанции диапазона метровых волн. Исходные данные для
расчѐта представлены в табл. 1.
Требуется произвести детальный расчѐт блоков радиоприѐмного устройства в
соответствии с составленной структурной схемой.
таблица 1.
Наименование основных
Значение параметров
параметров
1 Тип радиостанции
Связь; ЧМ
2 Частота настройки
f0 = 110МГц
3 Чувствительность
Еа =3мкВ
4 Коэффициент сигнал/шум
bдБ = 20дБ
5 Избирательность по соседне- Seсосед дб = 50дБ
му каналу
6 Избирательность по зеркаль- Seзерк дб = 60дБ
ному каналу
7 Девиация частоты
fm = 4кГц
8 Полоса воспроизводимых зву- Fmin...Fmax =(0.3...2.7)кГц
ковых частот
9 Неравномерность АЧХ (по
= 5 дБ
НЧ)
10 Коэффициент гармоник
Кг=5%
11 Напряжение источника пита- Еп = 6В
42
ния
12 Номинальная выходная мощность
Рвых=50мВт
Введение
Радиоприѐмное устройство - это комплекс электрических цепей, функциональных узлов и блоков, предназначенный для улавливания распространяющихся в открытом пространстве электромагнитных колебаний искусственного или естественного происхождения в радиочастотном и оптическом диапазонах, и преобразования их к виду, обеспечивающему использование содержащейся в них информации. Радиоприѐмник является одним из наиболее распространѐнных радиотехнических устройств, значение которого в экономической,
социальной и культурной жизни людей огромно.
Радиоприѐмные устройства являются важнейшими составными частями всех
радиосистем, в том числе радиосвязи, радиовещания и телевидения, относящихся по информационному назначению к классу систем передачи информации из одних пунктов пространства в другие.
Назначение радиоприѐмного устройства - обеспечить воспроизведение
передаваемого сообщения при воздействии на него радиоволн, поступающих от
радиопередающего устройства. Сообщение воспроизводится в радиоприѐмном
устройстве на основе той информации, которая заключена в модулированном
колебании. Поэтому в радиоприѐмном устройстве необходимо осуществить
преобразование принятого колебания. Современное радиоприѐмное устройство
должно обеспечить приѐм нужного сигнала на фоне колебаний от всевозможных посторонних источников, называемых помехами. При этом мощность помех, действующих на радиоприѐмное устройство может превышать мощность
полезного сигнала в миллионы раз, что затрудняет его приѐм.
Основные функции радиоприѐмных устройств:
1. Улавливание радиоволн;
2. Преобразование принятого радиочастотного колебания в напряжение (или
ток), изменяющееся в соответствии с принятым сообщением, для этого требуется осуществить фильтрацию сигнала от помех, его усиление и детектирование;
3. Воспроизведение переданного сообщения в виде звука, изображения на
экране, записи текста и т. п.
В данном курсовом проекте мы рассчитываем радиоприѐмник связной ЧМ радиостанции. Основными составными элементами такого радиоприѐмника являются: антенна, собственно радиоприѐмник и воспроизводящее устройство.
Антенна воспринимает энергию электромагнитных полей и преобразует еѐ в
напряжение. В нашем случае антенна является ненастроенной. Приѐмник выделяет из спектра входных колебаний полезные сигналы, усиливает их за счѐт
энергии источника питания; осуществляет преобразование, ослабляя действие
помех, присутствующих во входном сигнале, детектирует радиочастотные сиг43
налы, формируя колебания, соответствующие передаваемому сообщению в оконечном устройстве. Выделенный полезный сигнал в нашем случае - это узкополосный речевой сигнал.
1.Структурный синтез РПУ. Составление и обоснование структурной схемы приѐмника
1.1. Составление структурной схемы приѐмника
Задачей и целью является составление и обоснование структурной схемы
приѐмника по имеющемуся техническому заданию. При составлении ориентировочной схемы РПУ за основу возьмѐм классическую структурную схему построения РПУ. На сегодняшний день известно и находят применение три варианта схемы:
• Приѐмники прямого усиления;
• Приѐмники прямого преобразования;
• Супергетеродинные приѐмники;
В данном курсовом проекте разрабатывается супергетеродинный приѐмник с
одноступенчатым преобразованием частоты. Такая схема построения приѐмника, как известно, даѐт достаточно высокие технические показатели:
• Возможность получения высокой чувствительности приѐма;
• Возможность получения высокой избирательности приѐма;
• Возможность получения высокой помехоустойчивости приѐма;
Нельзя также забывать о недостатках супергетеродинных приѐмников:
• Наличие дополнительных устройств ПЧ и УПЧ;
• Наличие дополнительного генератора, и как следствие частоты
•
Значительное
усложнение
процесса
настройки
приѐмника;
Классическая структурная схема супергетеродина показана на рис.1.
Рис. 1. Структурная схема супергетеродинного приѐмника
связной ЧМ -радиостанции.
Рассмотрим блоки структурной схемы:
44
Входное устройство
- это входные цепи РПУ, на которые поступает входной сигнал от приѐмной антенны. Рассмотрим структурную схему входного устройства. Она представлена
на рис. 2.
Входное устройство обеспечивает первичную селективность РПУ по соседнему
и побочным каналам, а также неполную (частичную) фильтрацию принимаемых сигналов.
Рис. 2. Структурная схема входного устройства
Требования, предъявляемые к входному устройству:
• Постоянство параметров в пределах принимаемого диапазона;
• Обеспечение требуемых селективности и коэффициента передачи;
• Минимальное влияние изменения параметров антенны на стабильность
характеристик РПУ;
Если антенна является настроенной, то входное устройство решает задачу согласования антенны с первым каскадом,
т. е. Ra = Rвх для того, чтобы выполнялось условие передачи максимальной
мощности в нагрузку.
Усилитель радиочастоты (УРЧ)
- совместно с входным устройством образуют преселектор, который отвечает
за предварительную селективность РПУ. Например, если необходимо получить
селективность по зеркальному каналу Seзepкдб < 30 дБ, то можно обойтись и без УРЧ, но
если Seзepкдб > 30 дБ, то
УРЧ необходим. УРЧ является основным блоком, обеспечивающим усиление и
фильтрацию радиосигналов от помех. Уровень его усиления определяется напряжением на выходе входного устройства и той величиной сигнала, которая
требуется для нормальной работы преобразователя частоты.
Транзисторные УРЧ, как и другие типы усилителей радиосигналов, представляют собой активные частотно-избирательные каскады приѐмников, работающие на требуемой фиксированной частоте. Они применяются для обеспечения высокой чувствительности РПУ за счѐт предварительного усиления полезного сигнала и его частотной селекции от помех.
Основными качественными показателями УРЧ являются:
• Резонансный коэффициент передачи по напряжению или по мощности;
• Частотная избирательность, которая характеризует уменьшение коэффициента передачи при заданной расстройке относительно резонансного усиле45
ния каскада;
• Коэффициент шума УРЧ, который в значительной степени
определяет
способность
приѐмника
воспроизводить
полезную
информацию при малых уровнях принимаемого сигнала;
Кроме того, УРЧ по своим показателям должен обеспечивать усиление
сигналов радиочастоты в определѐнном динамическом диапазоне с искажениями, не превышающими заданного уровня.
Требования, предъявляемые к УРЧ:
• Усиление, необходимое для заданного отношения сигнал/шум на входе
преобразователя частоты;
• Селективность по соседнему и побочным каналам, приѐм сигналов с
низким отношением сигнал/шум;
• Высокая линейность АЧХ и простота схемного решения;
Усилители радиочастоты применяются как резонансные, так и апериодические. В приѐмниках целесообразнее выбирать резонансные УРЧ, так как при
этом происходит улучшение избирательности по соседнему и побочным каналам приѐма.
Преобразователь частоты (ПЧ)
- устройство, в котором происходит преобразование более высокой принимаемой частоты сигнала в более низкую относительно принимаемой (промежуточную) частоту. Преобразование частоты делается для облегчения задачи обработки принимаемого сигнала, т. к. элементная база для низких частот дешевле и
проще.
С выхода преселектора напряжение сигналов и помех высокой частоты поступает на преобразователь частоты, где происходит изменение несущей частоты сигнала fc. Для этого на смеситель преобразователя, представляющий собой
нелинейный элемент, одновременно воздействуют полезный сигнал с частотой
fc и сигнал со специального генератора (гетеродина) с частотой fг.
Рис. 3. Структурная схема преобразователя частоты.
В результате на выходе смесителя возникает колебание, содержащее составляющие с частотой сигнала fc и его гармоник, и большое число комбинационных составляющих с частотами f | n f г m fc | , где n, m - целые числа. Одна
46
из этих комбинационных частот и используется в качестве новой несущей частоты входного сигнала, называемой промежуточной частотой:
f | fг
fс |
Поскольку сигнал несѐт в себе полезную информацию, в процессе преобразования эта информация должна сохраняться, т. е. ПЧ для сигнала должен
быть линейным. Таким образом, в процессе преобразования частоты происходит перенос спектра сигнала в область промежуточной частоты без нарушения
амплитудных и фазовых соотношений его составляющих.
Гетеродин (Г) - генератор, необходимый для создания колебаний с частотой fг, и амплитудой, необходимой для нормальной работы смесителя.
Фильтр сосредоточенной селекции (ФСС) - устройство, включаемое на
выходе ПЧ, и обеспечивающее совместно с преселектором необходимую избирательность по соседнему и побочным каналам приѐма. Также ФСС служит для
ослабления интенсивных помех, снижения вероятности возникновения перекрѐстной модуляции. ФСС реализовывается обычно на базе многорезонаторных
фильтров (пьезоэлектрических, пьезомеханических, и т. д.).
Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) - устройство, осуществляющее
основное усиление сигнала по промежуточной частоте. Промежуточная частота
всегда фиксирована, не зависит от частоты принимаемого сигнала fc и выбирается намного ниже частоты сигнала fm « fc. Поэтому на частоте fm легко обеспечить требуемое устойчивое усиление. Так как УПЧ не перестраивается по частоте, то это позволяет получить в супергетеродинном приѐмнике высокую частотную избирательность при неизменной полосе пропускания, а также реализовать оптимальную фильтрацию сигнала от помех, применяя согласованные
фильтры на промежуточной частоте. Таким образом, в супергетеродинном приѐмнике устраняются недостатки приѐмника прямого усиления.
Основными качественными показателями УПЧ являются:
• Номинальное значение промежуточной частоты fm, соответствующее средней (квазирезонансной) частотенастройки усилителя. Значение fm в современных приѐмниках может изменяться в широких пределах, в зависимости от ширины спектра принимаемых радиосигналов. Для повышения помехозащищѐнности приѐма по каналу прямого прохождения установлен международный
стандарт, ряд значений /т и одновременно наложен запрет на их использование
в качестве несущих. Так, например, в системах радиовещания с AM значение fm
обычно выбирают равным 465 кГц, а с ЧМ - 10.7 (6.5; 1.7) МГц - в зависимости
от частоты сигнала. В приѐмниках РЛС используют более высокие промежуточные частоты - 30, 60 МГц и выше;
• Полоса пропускания УПЧ, определяемая допустимыми частотным искажениями принимаемого радиосигнала и обычно оцениваемая по уровню 3 дБ
(0.707). Типовые полосы пропускания П0 707 УПЧ составляют в радиовещательных приѐмниках AM сигналов -8-10 кГц, в приѐмниках ЧМ сигналов - 250 кГц,
в приѐмниках РЛС - 1-10 МГц;
• Коэффициент передачи по напряжению;
• Способность УПЧ ослаблять воздействие на усиливаемый сигнал помех,
47
частоты которых расположены за полосой пропускания УРЧ. Избирательность
определяется формой АЧХ усилителя. В зависимости от конкретной помехообстановки (наличие широкополосных или узкополосных помех), к форме АЧХ
предъявляются различные требования. Для радиовещательных приѐмников характерными являются помехи от соседней по несущей частоте радиостанции;
• Устойчивость работы УПЧ, характеризующая способность усилителя сохранять свои основные параметры при воздействии дестабилизирующих факторов (например, температуры) в заданных пределах;
Детектор (Д)
- устройство, выходное напряжение которого изменяется во времени в соответствии с законом изменения амплитуды, частоты, или фазы входного сигнала.
В настоящее время в РПУ с успехом применяются частотные детекторы мультипликативного детектирования, построенные на ИМС. Структурная схема такого детектора приведена на рис. 4.
Рис. 4. Структурная схема мультипликативного
частотного детектора.
В состав мультипликативных детекторов входят следующие блоки:
• АО - амплитудный ограничитель;
• ФСЦ - фазосдвигающая цепь (обычно на /2);
• X - аналоговый перемножитель;
• ФНЧ - фильтр нижних частот;
В некоторой технической литературе мультипликативные детекторы называют
также детекторами совпадения.
Усилитель звуковой частоты (УЗЧ)
- устройство, необходимое для усиления сигнала низкой частоты, снимаемого с
ЧД, до уровня необходимой выходной мощности. С УЗЧ сигнал звуковой частоты поступает на акустическую систему.
Акустическая система (АС)
- устройство, необходимое для преобразования электромагнитных колебаний
звуковой частоты в акустические волны.
48
1.2. Определение количества контуров преселектора
Необходимое количество контуров преселектора вычисляется по формуле:
где: q — коэффициент несогласованности антенны с 1 каскадом РПУ; в идеальном случае q = 1 для расчѐта выбираем q = 0.5; Seзерк дб - селективность по
зеркальному каналу в разах:
Seзеркдб
Seзерк 10
20
60
10 20 103
fm - величина промежуточной частоты, в нашем случае fm =10.7МГц;
Qэ - ориентировочное значение эквивалентной добротности колебательных контуров преселектора, Q3 = (100.. .300) , возьмем Qэ = 200; f0- частота настройки
приѐмника;
Рассчитаем n:
Рассчитаем n:
n
log 1
2
3
0.5
10
6
log
4 10.7 10 200
=2
8
1.1 10
Итак п = 2 при этом один контур будет располагаться во входном устройстве, а другой в УРЧ.
1.3. Расчѐт эквивалентного затухания контуров
преселектора
Эквивалентное затухание контуров вычисляется по следующей формуле:
49
узерк - относительная расстройка по зеркальному каналу:
f0
yзерк
2 f пр
f0
11 107
f0
2 f пр
f0
2 10.7 106
11 107
11 107
11 107 2 10.7 106
0,36
Теперь, зная узерк, находим dэ
0.36
dэ
0, 01
2
3 2
(10 )
1
1.4. Расчѐт полосы пропускания и неравномерности
коэффициента передачи в полосе пропускания приѐмника
Полоса пропускания всего высокочастотного тракта приѐмника П0.707 от антенны до детектора должна быть строго больше ширины спектра радиочастоты
сигнала из-за возможных отклонений частот и погрешностей сопряжения контуров сигнала и гетеродина.
Полоса пропускания находится из следующего соотношения:
П рч
где
2 Fмакс (1
fн
) 2
индекс модуляции:
4 103
2.7 103
fm
Fmax
f н 10
5
f 0 10
5
1.48
1.1 108 1.1 103
Рассчитаем П рч :
П рч = 2 • 2.7 • 103 • (l + 1.48 + 1.22)+ 2 • 1.1 • 103 = 2,272• 104[Гц];
Рассчитаем неравномерность коэффициента передачи преселектора в П рч :
П рч
рч
dэ f0
2
1
2.272 104
0.01 1.1 108
1 1.01
1.5. Расчѐт коэффициента шума приѐмника
50
Кроме шумов антенны у РПУ есть собственные шумы, потому, что усилительные элементы также обладают собственными шумами. Из теории РПУ известно, что чувствительность приѐмника Еа и коэффициент сигнал/шум b связаны
соотношением:
Ea
4 k T П рч Ra Шпр b ;
(4)
где: к - постоянная Больцмана k 1.38*10 23
Дж
;
К
Т - абсолютная температура, обычно берѐтся Т = 293К;
Ra - сопротивление антенны;
Шпр - коэффициент шума приѐмника в разах;
b - коэффициент сигнал/шум в разах;
Учитывая, что b=10, найдѐм коэффициент шума приѐмника: Шпр=3.628
Шпрдб 20 log( Шпр ) 20 log(3.628) 11.193 дБ
От полученного коэффициента шума приѐмника будем отталкиваться при
выборе усилительных элементов при расчѐте каскадов.
2. Детальный расчѐт узлов схемы приѐмника
2.1. Выбор схемы входной цепи и еѐ расчѐт
Исходные данные для расчѐта:
• Частота настройки f0 = 1.1 • 108 Гц;
• Количество контуров преселектора n = 2 (один контур во входной цепи,
другой в УРЧ;
• Эквивалентное затухание контуров преселектора
dэ =0.01;
• В УРЧ будем использовать БПТ, следовательно,
RвхУРЧ = 1 • 103 Ом;
• Антенну используем штыревую с параметрами:
Еа = 3*10 мкВ, Ra=75 Oм, Ca=(5..10) нФ;
В качестве входной цепи будем использовать схему с внутриѐмкостной связью
с антенной. Эта схема представлена на рис. 5.
Рис. 5. Принципиальная схема входной цепи с внутриѐмкостной связью.
51
VD1, VD2 – диоды, предназначенные для амплитудного ограничения сигнала. Для реализации выберем диоды из числа сверхвысокочастотных, например КД503Б. Это эпитаксиальные кремневые импульсные диоды, предназначенные для работы в качестве переключающих элементов в импульсных быстродействующих устройствах наносекундного диапазона. Их емкость Сд=2.5 pF.
Для определения средней ѐмкости антенны берѐтся среднее геометрическое от
крайних значений ѐмкости:
Затем, выбрав индуктивности катушек контуров преселектора в пределах
Lk (0.1...1) мкГн и задавшись Lk 0.5 мкГн находим контурные ѐмкости:
Ck
1
f 0 )2 Lk
(2
1
1.1 108 ) 2 5 10
(2
7
0.003521 10 9 [Ф] 3.521[ pФ];
По найденной ѐмкости Ск = 3.521 pФ выбираем ближайший номинал: Ск=3.6
pF;
2.1.1.Расчет емкости связи с антенной
Рассчитаем ѐмкость связи из условий:
Ссв1
1
2
Ск (Самакс Самин )
(6)
;
доп
• Условие допустимой расстройки, вызванной изменением параметров антенны, определяется формулой (6), где доп - допустимая относительная расстройка контура при изменении параметров антенны:
П рч
доп
Зная
доп
4 f0
2.272 104
4 1.1 108
5.163 10 5 ;
, находим Ссв1:
Ссв1
1
2
3.6 10
12
(10 11 5 10
5.163 10 5
12
)
295.2[ pФ];
52
• Условие допустимой величины привносимого затухания в контур из антенной цепи определяется формулой (7):
Ссв 2
Са
2С Д
Ra d вна
(7)
где: ρ - характеристическое (волновое) сопротивление контура, и на резонансе:
0
Lk
2
f 0 Lk
2
5.5 10
7
345.4[Oм];
затухание, определяемое по формуле (8):
dвн
dэ dк
dвн - общее, вносимое в контур
1
;
Qk
dэ
(8)
где dK - собственное затухание, a QK - собственная добротность контура, выбираемая в пределах QK - (100...300). Задавшись QK =230, рассчитаем dK и dвн
dk
dвн
1
Qk
1
4.34 10 3 ;
230
dэ dk
0.01 4.34 10
3
6.083 10 3 ;
Учитывая, что во входной цепи и в УРЧ будем применять одинаковые контуры,
то:
d вна
d внУРЧ
d вн
2
3.04 10 3 ;
Теперь, зная dK и deна, учитывая ѐмкости диодов VD1 и VD2 можно определить
Ссв2:
Ссв 2
7.07 10
12
345.4
75 3.04 10
3
5 10
12
203.3[ pФ];
Из двух значений ѐмкостей Cсв1 и Ссв2 выбираем большее:
Ссв=Ссв1=295.2[pФ];
По найденной ѐмкости Ссв - 295.2pФ выбираем ближайший номинал: Ссв=300 pФ;
53
2.1.2. Рассчитаем коэффициент подключения селективной системы к первому каскаду УРЧ и емкости связи для его подключения:
p2
d внУРЧ RвхУРЧ
3.04 10 3 103
345.4
0, 094;
Теперь можно приступать к расчѐту контура селективной системы, учитывая
формулу (9)
C1
;
C1 C 2
p2
(9)
настроечная ѐмкость будет определяться как:
Сн
Сп
С1 С 2
;
С1 С 2
(10)
где Сп - подстроечный конденсатор с ѐмкостью в пределах Сп =(1...5)pФ. Выберем его среднюю ѐмкость, как Сп - 2.5pФ. При этом контурная ѐмкость определяется по формуле (11):
Ск
Ссв Сн
;
Ссв Сн
(11)
Теперь, зная Ссв и Ск из формулы (11) можно выразить и найти Сн:
Сн
Ссв Ск
Ссв Ск
3 10 3 3.6 10 12
3 10 3 3.6 10 12
3.6[ pФ];
Из формулы (10) находим:
С1 С 2
С1 С 2
Сн Сп
3.6 10
12
2.5 10
12
1.1[пФ];
Ёмкости же С1 и С2 найдутся из соотношений (9) и (10):
Сн
р2
С1 С 2
;
С1 С 2
С1
;
С1 С 2
Сп
54
После преобразований этих формул, получим:
С2
Сн Сп
р2
1.144 10
0.094
C1
p2 C 2
1 p2
0.094 12.7 10
1 0.094
12
12.7[ pФ];
12
1.18[ pФ];
По найденным ѐмкостям С1 = 1.18 nФ и С2 = 12.7пФ выбираем ближайшие
номиналы: С1=1.2пФ и С2 = 12nФ соответственно;
2.1.3. Определим коэффициент передачи входной цепи
Он находится, как произведение коэффициентов передачи каждого блока,
входящего во входную цепь:
К вц
К а К ф К вкл ;
(12)
где: Ка - коэффициент передачи цепи антенной связи:
Ка
3.04 10 3 345.4
75
dвна
Ra
0.118;
Кф - коэффициент передачи входного фильтра:
Kф
1
dэ
1
10 2
100;
Квкл - коэффициент подключения:
Квкл
р2 0.094;
Подставив найденные значения в (12), получим:
Квц = 0.118 100
0.094 1.109 ;
2.1.4. Вычислим избирательность входной цепи по соседнему каналу:
55
Secoc
1 (
ycoc 2
) ;
dэ
где усос - относительная расстройка по соседнему каналу:
f0
ycoc
f coc
f0
f0
f0
f coc
;
где f сос - стандартный разнос частот между двумя соседними каналами, для
данного вида связи f сос = 2.5 104 Гц. С учѐтом этого:
ycoc
1.1 108 2.5 104
1.1 108
1.1 108
1.1 108 2.5 104
4.545 10 4 ;
Теперь зная усос, можно определить Secoc:
4.545 10
10 2
Secoc
1
SecocдБ
20 log( Secoc )
2
4
1.001
20 log(1.001) 8.682 10 3[дБ ];
Очевидно, что преселектор не обеспечивает избирательности по соседнему каналу. Избирательность по соседнему каналу будет обеспечивать фильтр сосредоточенной селекции (ФСС).
2.1.5. Вычислим избирательность входной цепи по побочным каналам:
• Избирательность по зеркальному каналу:
Seзерк
узерк
1
dэ
2
;
где узерк - относительная расстройка по зеркальному каналу:
узерк
f0
2 f пр
f0
f0
1.1 108 2 1.07 106
1.1 108
f0
2 f пр
1.1 108
1.1 10 2 1.07 106
8
0.39;
Теперь зная узерк, можно определить Seзepк:
56
Seзерк
1
2
0.39
10 2
39.013
SeзеркдБ1
20 log( Seзерк1 )
SeзеркдБ
2 SeзеркдБ1
20 log(39.013) 31.824[дБ ];
63.6[дБ ]
Т. е. входная цепь удовлетворяет заданным требованиям избирательности по
зеркальному каналу, она обеспечивается в соответствии с техническим заданием.
• Избирательность по каналу промежуточной частоты:
Seпч
1
упч
dэ
2
;
где упч - относительная расстройка по каналу промежуточной частоты:
упч
f пр
f0
1.07 106
1.1 108
f0
f пр
1.1 108
1.07 106
10.279;
Теперь зная упч, можно определить Seпч :
10.279
10 2
Seпч1
1
SeпчдБ1
20 log( Seпч1 )
SeпчдБ
2 SeпчдБ 1
2
1.028 103 ;
20 log(1.028 103 ) 60.24
2 60.24 120.48;
Как видно из расчѐтов, избирательность по каналу промежуточной частоты
обеспечивается с большим запасом, т. е. входная цепь удовлетворяет заданным
требованиям технического задания.
2.2. Выбор схемы усилителя радиочастоты и его расчѐт
2.2.1.В качестве усилительных элементов УРЧ будем применять биполярные
транзисторы (БПТ). Схему УРЧ выберем стандартную каскодную. Она представлена на рис. 6.
57
Рис. 6. Принципиальная схема каскодной схемы УРЧ.
Такая схема УРЧ отличается большим устойчивым коэффициентом усиления,
по сравнению с обычным резонансным усилителем на одном БПТ, включенным
по схеме с ОЭ. В данной же схеме транзистор VT\ включен по схеме с ОБ, a VT2
- по схеме с ОЭ. При таком включении ослабляется паразитная внутренняя ОС
в транзисторах. Из-за неѐ резонансный усилитель может самовозбуждаться, а т.
к. ВЧ и СВЧ транзисторы обычно имеют емкость коллектора больше 1 пФ, то в
обычной схеме резонансного усилителя на частотах порядка 100 МГц и выше,
получить устойчивый коэффициент усиления более 2...3 практически невозможно. В каскодных же схемах включение двух транзисторов эквивалентно, с
точки зрения устойчивости, схеме резонансного усилителя на одном транзисторе, но где используется транзистор с ѐмкостью коллектора примерно на два порядка меньшей величины.
Поясним назначение основных элементов схемы: Rl,R2,R5 - элементы,
обеспечивающие необходимое напряжение смещения на базах транзисторов
УРЧ, которое определяет рабочую точку; Сэ, Сб - блокировочные конденсаторы достаточно большой ѐмкости, необходимые для уменьшения ОС по ВЧ; CI,
C2 - делитель с коэффициентом подключения к следующему каскадур2;
Осуществлять выбор усилительных элементов УРЧ (БПТ) будем по следующим параметрам:
•
Граничная частота транзистора (частота, на которой коэффициент
усиления h1э уменьшается в 2 раз относительно h21э на нулевой частоте)
должна быть, по крайней мере, в 10 раз больше рабочей частоты резонансного
усилителя
f г 10 f0 1100[МГц];
• Транзистор необходимо выбирать из серии маломощных, т. е. с допустимой мощностью рассеяния не более Ркмакс 150мВт ;
• Допустимое напряжение коллектор - эмиттер должно быть больше напряжения питания: Uкэ > Еп = 6В;
• Коэффициент шума транзистора не должен превышать половины
коэффициента шума приѐмника:
Кш
Ш пр
2
3.628
1.814;
2
58
K Шдб
20 log( Kш ) 5.173[дБ ] ;
Полученным параметрам вполне удовлетворяет транзистор 2S0356 фирмы
NEC. Это кремниевый эпитаксиально - планарный маломощный СВЧ усилительный транзистор n-p-n типа, предназначенный для работы во входных и последующих каскадах усилителей СВЧ. Основные технические характеристики
транзистора 2SC3356 приведены в табл. 2.
Таблица 2. Основные технические характеристики транзистора 25SС3356.
Параметр
Значение
Обратный ток коллектора IКБ0, мкА при UКБ = 10В,
1
IЭ = 0 ;
Обратный ток эмиттера IЭБ0, мкА при UЭБ =1В , Iк =
1
0;
Максимально допустимые параметры
Постоянный ток коллектора Iк.макс,мА
100
Постоянное напряжение коллектор - эмиттер UКЭмакс
15
,В
Постоянное напряжение коллектор - база UКБмакс, В
20
Постоянное напряжение эмиттер – база UЭБмакс, В
3
Постоянная мощность, рассеиваемая на коллекторе
200
РКмакс, мВт
Коэффициент передачи h21э при Uкэ =10В,
50…30
IК =20мА;
Граничная частота передачи fгр, МГц при Uкэ = 10В,
7000
Iк = 20мА ;
Коэффициент шума КШдБ, дБ при Uкэ =10В, IK
1.1
=1мА,
f = 1 ГГц;
Ёмкость коллекторного перехода Ск, пФ
0.55
8
Постоянная времени цепи обратной связи к , пс
59
Рис.7 Характеристики транзистора
2.2.2. Выбор режима работы усилительных элементов
Исходя из данных технических характеристик транзистора, выберем такие
значения, чтобы транзистор работал нормальном режиме (без перегрузки):
• U0K=3.5B;
• и0Б = 0.65В;
• I0К = (1...5)мА = 3 мА:
• h21э
h21эмакс h21эмин
50 300 122.5 ;
•
I0Б
•
U0э
I0k
3 10 3
h21э 122.5
0.1 Еп 0.6В ;
2.5 10
25[ мкА];
5
Определим нестабильность рабочей точки (РТ): Нестабильность рабочей точки
выражается формулой (13):
I0k
I 0' k
I 0" k
I 0'''k
I 0''''k ;
(13)
где I0k : - возможный уход РТ, обусловленный непостоянством температуры
окружающей среды и технологическим разбросом параметров транзисторов
(14)
I0k
'
0.1 I
20 С
КБ 0
2
t
m
1 h21э;
(14)
20 С
где: IКБ0 = I КБ
= 1 10 6 А - обратный ток коллектора при 20° С;
0

t = 20° С - девиация температуры; т = (4...6) - коэффициент, возьмѐм т= 5;
подставив эти значения в (14), получим:
20
I 0' k
0.1 1 10
6
25
1 122.5 1.837 10 4 [ A] 183.7[ мкА];
60
где I0k : - возможный уход РТ, обусловленный непостоянством температуры
окружающей среды и технологическим разбросом параметров транзисторов
(14):
I
2.2 10 3 t
h21э;
5 RвхVT
"
0k
(15)
где: RexVT =h11э - входное сопротивление транзистора (16):
RexVT=h11э = rб+rэ(1 + h21э)
(16)
где: rБ - сопротивление базы транзистора:
rб
8 10 12
0.55 10 12
Ск
14.545[Ом];
rэ - сопротивление эмиттера транзистора (17)
rэ
где
T
Т
;
(17)
I0k
2.5 10 2 В -температурный потенциал;
В результате получаем:
2.5 10 2
8.33[Ом];
3 10 3
Подставляя теперь rэ и rб в (15), получим:
rэ
RвхVT
h11э
и, подставляя RвхVT
14.545 +8.333(l +122.5) = 1.043 103[Ом];
в (15), получим:
I 0'' k
2.2 10 3 20
122.5 1.033[ мА];
5 1.043 103
'''
I 0k
— возможный уход РТ, обусловленный температурной зависимостью h21э:
I 0'''k
''''
I 0k
3 10
3
t
I0k
3 10
3
20 3 10
3
180[ мкА]; ;
- возможный уход РТ, обусловленный технологическим разбросом h21э:
61
В результате получаем нестабильность РТ по (13):
2.2.3. Расчѐт основных элементов УРЧ
Для транзистора VT1:
Rэ
U 0Э
I0Э
0.1 En
I0k I0 Б
0.1 6
3 10
2.5 10
3
198.347[Ом];
5
По найденному сопротивлению RЭ =198,347 Ом выбираем ближайший номинал
RЭ = 200 Ом;
Для расчѐта делителя напряжения, стоящего в базовой цепи транзистора VT1,
сначала найдѐм эквивалентное сопротивление этого делителя (18)
Rб
Rэ h 21э
h 21э;
F 1
(18),
где F - глубина ОС для схемы с эмиттерной стабилизацией (19):
F
I0k
I 0 kдоп
(19)
;
где I 0kдоп =(0.1...03)I0К, ;
принимаем:
I 0 kдоп
0.2 I 0 k
0.2 3 10
3
6 10 4 [ A] 600[ мкА] ;
62
Подставляя в (19), получаем:
Теперь можно найти Rб :
Rб
198.347 122.5
1.043 103 1.79[кОм];
9.575 1
Найдѐм значение тока делителя R1 и R2 по формуле:
IД
(U oБ U 0 Э ) ( Еп U oБ U 0 Э
Еп RБ
I 0 Б RБ )
54.73[ мкА];
Теперь, зная ток делителя, находим R2:
R2
U 0 Б U 0Э
IД
22.94[ кОм];
По найденному сопротивлению R2=22.94кОм выбираем ближайший номинал
R2 = 24 кОм;
Учитывая, что резисторы R1 и R2 соединены параллельно (по эквивалентной
схеме каскада), находим R1:
R1
R 2 RБ
R 2 RБ
81.47[кОм];
По найденному сопротивлению R1 = 8.147кОм выбираем ближайший номинал
R1 = 8.2кОм;
Для транзистора VT2:
Формула для расчѐта Rэ' примет вид:
Rэ'
U0э U0K
I0K I0Б
0.6 3.5
5.745 10 3 2.5 10
5
7.1[кОм];
По найденному сопротивлению Rэ' = 7.1кОм выбираем ближайший номинал Rэ'
=7.5кОм;
Тогда эквивалентное сопротивление делителя в базовой цепи VT2 (20):
RБ'
RЭ' h21э
h11э;
FБ 1
(20)
63
где FБ - глубина ОС, определяемая формулой:
FБ
Rэ' h21э
7.5 103 122.5
1
1
RБ h11э
1.79 103 1.043 103
RБ'
7.5 103 122.5
1.043 103 1.79[кОм];
325.303 1
325.303;
Найдѐм значение тока делителя R3 и R4:
(U 0 Б U 0 Э U 0 k )( En U 0 Б U 0 Э U 0 k
En RБ'
IД
I 0 Б RБ' )
100.6[ мкА];
Зная ток делителя, находим R4 :
R4
U 0 Б U 0Э U 0k
I Д'
0.65 1.2 3.5
100.6 10 6
29.68[кОм];
По найденному сопротивлению R4 = 29.68кОм выбираем ближайший номинал R4 = 30KOM;
Учитывая, что резисторы R3 и R4 соединены параллельно (по эквивалентной схеме каскада), находим R3 :
R3
R4 RБ'
R4 RБ'
3 103 1.79 103
3 103 1.79 103
44.4[кОм];
По найденному сопротивлению R3 = 44.4 кОм выбираем ближайший номинал R = 44 кОм;
Рассчитаем значения ѐмкости конденсаторов Сэ и СБ: Ёмкость Сэ рассчитывается исходя из соотношения (21):
1
f 0 Cэ
2
0.01 Rэ
(21)
или:
Сэ
2
1
f 0 0.01 Rэ
2
1
1.1 10 0.01 7.5 103
8
19.3[ pФ];
По найденной ѐмкости Сэ = 19.3 pФ выбираем ближайший номинал: Сэ = 20pФ;
Ёмкость СБ рассчитывается исходя из соотношения (21):
64
2
1
f 0 Cб
2
1
f 0 0.01 RБ'
(21)
0.01 Rб'
или:
СБ
80.83[ pФ];
По найденной ѐмкости СБ = 80.83 pФ выбираем ближайший номинал: СБ=82 pФ;
Рассчитаем параметры элементов коллекторно-развязывающего фильтра RФ СФ:
Падение напряжения на Rф :
U Rф
0.1 En
0.1 6
0.6[ В];
Проведѐм расчѐт элементов фильтра Rф и Сф
Rф
U Rф
I0k
2 IД
I0Б
3 10
3
0.6
16 10 3 2.5 10
31.537[Ом];
5
По найденному сопротивлению Rф = 31.537 Ом выбираем ближайший номинал Rф = 33 Ом;
Ёмкость конденсатора Сф рассчитывается исходя из соотношения (22):
2
1
f 0 Cф
0.01 Rф' ;
(22)
или:
Cф
2
1
f 0 0.01 Rф
2
1
1.1 108 0.01 33
4.38[нФ];
По найденной ѐмкости Сф = 4.38нФ выбираем ближайший номинал: Сф =
4.3нФ;
2.2.4. Рассчитаем параметры контура в коллекторной
цепи VT2:
Колебательный контур коллекторной цепи (используется такой же, как и во
входной цепи и был рассчитан в разделе 2.1) автотрансформаторным способом
подключается к коллектору VT2. Коэффициент подключения коллектора VT2 к
контуру определяется по формуле (23):
p1
dэ
p2
1 ky
f 0 S 0.01 Ck
;
(23)
65
где: ку = 0.8 - коэффициент устойчивости;
S - крутизна ВАХ транзистора:
I0k
S
;
T
где у = 4 - поправочный коэффициент;
3 10 3
4 2.5 10
S
30[ мА / В];
2
р2 = 0.09 - коэффициент подключения колебательного контура к следующему
каскаду РПУ (ПЧ), рассчитывался во входной цепи;
Вычислив крутизну S, можно найти р1:
р1
0.01
0.09 345.4
1 0.8
1.1 10 0.03 0.01 3.6 10
8
12
0.235;
2.2.5. Определим коэффициент передачи УРЧ:
КУРЧ
S
dэ
p1 p 2 0.03
345.4
0.235 0.09 21.916;
0.01
2.3. Выбор схемы преобразователя частоты и его расчѐт
В качестве активных элементов в преобразователе частоты будем использовать
БПТ того же типа, что и в схеме УРЧ –
2SC3356, его технические характеристики представлены в табл.
2. Режим работы транзистора выберем следующий:
•
•
•
U0K=3.5B;
U0Б = 0.65В;
I0K = (l ...5)мА = 3мА;
•
h21э
•
I0Б
•
U0Э=0.1 Еn =0.1 6 = 0.6B;
h21эмакс h21эмин
I0К
h21э
3 10 3
122.5
50 300 122.5;
2.5 10
5
A
25 мкА ;
66
Преобразователь частоты будем строить по схеме с одним БПТ в смесителе, и
одним в гетеродине. Принципиальная схема стандартного транзисторного ПЧ
представлена на рис. 8.
Рис. 8. Принципиальная схема транзисторного ПЧ.
2.3.1. Расчѐт смесителя
Рассчитаем Rэ по формуле:
Rэ
U 0Э
I0Э
U 0Э
I0К I0Б
0.6
198.3 Ом ;
3 10 3 2.5 10 5
По найденному сопротивлению RЭ = 198.3 Ом выбираем ближайший номинал RЭ
=200Ом;
Зададимся током делителя:
IД
(3...5) I0 Б
4 I0Б
4 2.5 10
5
9.798 10
5
А
97.98 мкА ;
Зная ток делителя IД , можно найти сопротивления R1 и R2 :
R2
U 0Б U 0Э
IД
0.65 0.6
9.798 10 5
1.3 104 Ом
13 кОм ;
По найденному сопротивлению R2 = 13кОм выбираем ближайший номинал R2
= 13кОм;
R1
En U 0 Б U 0 Э
I Д I0Б
6 0.65 0.6
9.798 10 5 2.5 10
5
48.5 кОм ;
67
По найденному сопротивлению R1 = 48.5кОм выбираем ближайший номинал
R1 = 51кОм ;
2.3.2. Произведѐм расчѐт элементов коллекторной цепи смесителя
Ёмкость С выберем из условия: С≥10∙Ск = 10∙3.6∙10 -12 =3.6∙10-11 =36[пФ]; Принимаем С = 36пФ, тогда индуктивность катушки контура L:
L
(2
1
f пр ) 2 C
6.146 10
6
Гн
1
1.07 107 ) 2 3.6 10
(2
11
6.146 мкГн ;
2.3.3. Рассчитаем коэффициент передачи ПЧ (24):
Knч=Snp∙p1∙p2∙KФCC;
(24)
где: Snp - крутизна преобразования, равная:
S пр
I0К
2
Т
3 10 3
2 4 2.5 10
2
0.015 A / B
15 мА / В ;
ρ- характеристическое сопротивление контура:
2
fпр L 2
1.07 107 6.146 10 6
413.175 Ом ;
р1 - коэффициент подключения ПЧ к УРЧ;
р2 - коэффициент подключения ПЧ к ФСС;
КФСС - коэффициент передачи ФСС;
2.3.4. Для нахождения р2 и КФСС, произведѐм выбор ФСС
При выборе ФСС будем учитывать:
• Среднюю частоту полосы пропускания (ПП);
• Коэффициент передачи в ПП;
• Наибольшее вносимое затухание в ПП;
• Неравномерность коэффициента передачи в ПП;
Таблица 3. Основные технические характеристики фильтра ФП2П4-561-10.7М30.
68
Параметр
Значение
Номинальная частота f,МГц
10.7
Полоса пропускания по уровню 3дБ
П0.707,кГц
30
Неравномерность в ПП
Вносимое затухание в ПП,
Б
2.3
, Б
d ПП Б , Б не
Входное сопротивление
более
4.0
360
RвхФСС , Ом
Определим коэффициент передачи ФСС:
1
КФСС
10
d ПП Б
20
1
0.631;
4
20
10
Найдѐм эквивалентное затухание контура:
П рч 2
dэ
fн
Б
f ПЧ
10
20
2
1
2.272 104 2 1.1 103
1.07 107
10
2.3
20
3.483 10 3 ;
1
2.3.5. Вычислим избирательность по соседнему каналу:
1. Зададимся числом фильтров сосредоточенной селекции (ФСС) nпр = 2 .
Рекомендуется начинать со значения nпр = 1, но не более nпр = 3.
2. Определим ослабление на краях полосы пропускания σфп и
избирательность по соседнему каналу σфс, которые должен обеспечить один
ФСС:
69
3. Зададимся величиной относительной расстройки αп на границе полосы пропускания. При σфп ≥ 8 дБ и σфс ≤ 26 дБ можно принять αп = 1. В остальных случаях рекомендуется принимать расчетную полосу шире заданной на 10—20%,
т.е. тогда берется расчетная величина коэффициента αn = 0,8 ÷ 0,9.
2. Определим ширину расчетной полосы пропускания ФСС:
5.Определим необходимую добротность контуров ФСС:
где fпр — промежуточная частота, кГц; Пр — расчетная полоса ФСС, кГц.
Если
то при заданных исходных условиях можно применить ФСС, т. е.
продолжать расчет.
Если
, то использование многозвенных ФСС при заданных , fпр и П
нецелесообразно.
В этом случае для применения ФСС необходимо увеличить QK.
Если сделать
конструктивно невозможно, то определяют необходимую расчетную полосу ФСС при максимальном :
и расчет продолжим при полученном Пр.
6.Определяется величина относительной расстройки:
а) на краях полосы пропускания УПЧ
70
б) для соседнего канала
где Δfс — расстройка по соседнему каналу.
7.Определяется величина обобщенного затухания
Далее по графикам рис.9 принимается кривая со значением β=0.7.
Рис.9. Обобщенные резонансные кривые ФСС
8. По кривой рис.9 при значении β=0.7 и по определенным в п. 6 α п и αс определяются ослабление на краях полосы пропускания σп1 =0.1 и
избирательность по соседнему каналу σс1 = 8дБ обеспечиваемые одним звеном
ФСС.
9. Определяется число звеньев одного ФСС, необходимое для обеспечения
избирательности по соседнему каналу на один фильтр
71
Полученное значение округляется до большего целого числа
.
Если nи > 6, то необходимо увеличить качество контуров или число фильтров и
повторить пп. 2—9 расчета. Если nи ≤ 1, то целесообразно перейти на двухконтурные полосовые фильтры или одиночные контуры.
Если 1 < nи < 6, то расчет можно продолжить.
10. Определяется число звеньев одного ФСС, обеспечивающее заданное
ослабление на краях полосы пропускания на один фильтр:
Если nп > nи (округленного до большего целого числа), то расчет правильный и
можно принять число звеньев одного ФСС nф = nи = 5 и число ФСС nпр =2
Если nп » nи, то необходимо увеличить αп.
Если nп < nи, то необходимо задаться меньшей величиной αп, или увеличить
конструктивную добротность Qк контуров, или выбрать меньшую промежуточную частоту и повторить расчет при новых данных.
11. Определяются ослабление на краях полосы пропускания УПЧ:
и избирательность по соседнему каналу
ФСС удовлетворяет заданным требованиям избирательности по соседнему каналу, она обеспечивается в соответствии с техническим заданием.
Коэффициент подключения ПЧ к ФСС зависит от эквивалентного затухания
контура dэ и входного сопротивления ФСС RexФСС, и определяется:
p2
d э RвхФСС
3.483 10 3 360
413.175
0.06;
В случае трансформаторной связи, коэффициент подключения р2 можно записать в виде (25):
p2
kсв
Lсв
;
L
(25)
72
Откуда из (26):
Lсв
p2
kсв
L
2
(26)
;
И, учитывая, что kсв = 0.5, получим:
Lсв
6.146 10
6
0.12
0.5
2
3.54 10
7
Гн
354 нГн ;
Наконец, учитывая, что
p1ПЧ
p 2УРЧ
p 2ВЦ
0.09 ,
вычисляем коэффициент передачи ПЧ:
K ПЧ
0.015
413.175
0.09 0.12 0.631 16.599;
2.544 10 3
2.4. Выбор схемы гетеродина и его расчѐт
В качестве активного элемента гетеродина будем применять БПТ того же типа,
что и в схеме ПЧ - 2SC3356, его технические характеристики представлены в
табл. 2. Схема включения транзистора приведена на рис. 10.
Рис. 10. Принципиальная схема гетеродина.
73
Проведѐм расчѐт элементов схемы
Выбираем ток покоя эмиттера (при отсутствии генерации):
0.5...1 мА 1мА;
I0Э
Рассчитываем сопротивление резистора фильтра питания:
Rф
0.05...0.1
En
I0Э
0.07
En
I0Э
0.07
6
1 10
3
420 Ом ;
По найденному сопротивлению RФ = 420 Ом выбираем ближайший номинал RФ = 430Ом;
Рассчитываем допустимое относительное изменение I 0Э при повышении
температуры среды на t 20 C :
t
t
20
1.5
1.5
293
293
293
1...2
t
0.102;
Определяем значение Rэ по формуле (27):
rБЭ
RЭ
t
0.1 1
t 27.7
t
4 3 h 21б
3 h 21б
2
t
t
7
;
(27)
1
где
25.6 10
IЭ
rБЭ
3
25.6 10
1 10 3
3
25.6 Ом
- дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода, а
h21б
h21э
1 h21э
122.5
1 122.5
0.992
- коэффициент передачи транзистора в схеме с общей базой;
RЭ
25.6 0.1 1 0.102 20 27.7 0.102
0.102 4 3 0.992
3 0.992 2
20
7
874.631 Ом ;
1
Рассчитываем Rб:
Rб
R1 R 2
20...30 RЭ
25 RЭ
25 874.631 2.187 104 Ом ;
74
Для того чтобы вычислить Rl и R2, определим ток базового делителя:
IД
En I Э RФ
RБ RФ
6 1 10
3
2.187 10
4
430
430
2.498 104 А
249.8 мкА ;
Теперь можно приступать к расчѐту R1 и R2 :
R2
0.7 1 10 3 874.631
6.304 103 Ом
2.498 10 4
0.7 I Э RЭ
IД
6.304 кОм ;
По найденному сопротивлению R2 = 6.304кОм выбираем ближайший номинал R2=6.2кОм;
R1 Rб
R2
2.187 104 6.2 103 1.567 10 4 Ом
15.67 кОм ;
По найденному сопротивлению R1 = 15.67кОм выбираем ближайший номинал
R1 = 15кОм;
Выбираем минимальное значение амплитуды напряжения обратной связи U Эмин
в пределах U Эмин 70...100 мВ 9 10 2 В и рассчитываем RЭ 2 :
RЭ 2
0.7...0.9
U Эмин
IЭ
0.8
U Эмин
IЭ
0.8
9 10 2
1 10 3
72 Ом ;
По найденному сопротивлению RЭ 2 72Ом выбираем ближайший номинал
RЭ 2
75Ом;
Теперь, зная RЭ и RЭ2, нетрудно определить RЭ1:
RЭ1
RЭ
RЭ 2
874.631 75 799.631 Ом ;
По найденному сопротивлению RЭ1 799.631Ом выбираем ближайший номинал
в пределах
RЭ1 820Ом; Задавшись индуктивностью катушки контура Lкг
Lкг
0.1...1 мкГн 0.3 мкГн, и определив частоту гетеродина:
fг
fс
f пр
1.1 108 1.07 107
9.93 107 Гн
99.3 МГц ,
определяем общую ѐмкость конденсаторов контура:
75
1
Cк
2
2
fг
Lкг
1
2
0.993 10
8 2
3 10
8.563 10
7
12
Ф
8.563 pФ ;
Учитывая, что Ск = Скг + Сп, и, что средняя ѐмкость подстроечного конденсатора Сп = 2.5 -10-12[Ф] = 2.5[pФ], находим Скг:
Cкг
Cк Cn
6.063 10
12
8.563 10
Ф
12
2.5 10
12
6.063 pФ ;
По найденной ѐмкости Скг = 6.063pФ выбираем ближайший номинал:
Скг=6.2pФ;
Рассчитываем коэффициент включения контура во входную (эмиттерную)
цепь транзистора, при этом взяв QK = 230, как при расчѐте входной цепи и УРЧ:
p1
RЭ1
f г Lкг Qк
2
2
820
0.993 108 3 10
7
230
0.14;
Определим минимальное значение амплитуды первой гармоники коллекторного
тока, как:
I Кмин
1.6 I Э
1.6 1 10
3
1.6 10
3
А
1.6 мА ;
Рассчитываем коэффициент включения контура в выходную (коллекторную)
цепь транзистора:
p2
p1 I Кмин
0.14 1.6 10
U Эмин
2
f г Lкг Qк
3
9 10 2
2
0.993 108 3 10
7
230
0.09;
Необходимо проверить, не оказался ли режим работы транзистора перенапряжѐнным. Для этого находим наибольшее возможное значение амплитуды напряжения на коллекторе U Кмакс и сравниваем его с постоянным напряжением
76
Рассчитываем наибольшее возможное значение постоянной составляющей эмиттерного тока (28):
U К 0.
I Эмакс
IЭ 1
0.5 K ДГ 1.01 U Эмин
a
t
RЭ
;
(28)
где:
а = 0.1…0.2 = 0.15 – допустимое относительное изменение IЭ за счет отклонения параметра транзистора h21б от среднего значения;
КДГ – коэффициент перекрытия по частоте контура гетеродина
для случая неперестраимого контура КДГ = 1; Подставив значения в (28), получаем:
I Эмакс
1 10
3
1 0.15 0.102
0.5 1 1.01 9 10
874.631
2
1.356 10
3
А
1.356 мА ;
Рассчитываем максимальное значение амплитуды первой гармоники коллекторного тока I Кмакс и максимальное значение амплитуды коллекторного напряжения U Кмакс :
I Кмакс
1.6 I Эмакс
2.169 10
3
А
1.6 1.356 10
3
2.169 мА ;
U Кмакс I Кмакс 2
2.169 10
3
2
f г Lкг Qк p 22
0.993 108 3 10
7
230 0.092
0.756 В ;
Амплитуда U Кмакс должна удовлетворять условию:
U Кмакс
En
I Эмакс
RЭ
RФ
6 1.356 874.631 430
1.763 В ;
0.756 В 1.763В;
Как, видно, условие выполняется, следовательно, транзистор гетеродина работает в нормальном режиме.
В заключение, по известным значениям p1, р2 и Lкг ,задаваясь значением коэффициента магнитной связи k = 0.5, рассчитываем LЭ и LК :
77
LК
LЭ
Lкг
p2
k
Lкг
p1
k
2
2
3 10
7
2
0.09
0.5
7
3 10
0.14
0.5
0.972 10
8
Гн
9.72 нГн ;
Гн
23.52 нГн ;
2
2.352 10
8
Остаѐтся определить ѐмкость конденсатора фильтра питания гетеродина Сф:
CФ
2
2
1
f г 0.01 RФ
1
0.993 108 0.01 430
3.727 10
Ф
10
372.7 pФ ;
По найденной ѐмкости Сф = 372.7pФ выбираем ближайший номинал:
Сф=390pФ;
2.5. Выбор схемы усилителя промежуточной частоты и его расчѐт
Определим число каскадов усилителя промежуточной частоты (УПЧ), необходимое для достаточного усиления сигналов ПЧ, на основании полученных ранее
данных. Для этого необходимо определить коэффициент усиления УПЧ (29):
KУПЧ
U вхЧД
Eа K ВЦ KУРЧ K ПЧ
;
(29)
где U вхЧД 1 10 2 В - необходимый уровень входного сигнала частотного детектора (ЧД);
KУПЧ
3 10
6
1 10 2
1.109 21.916 16.599
8.262;
Такой коэффициент усиления обеспечит один каскад. Принципиальная схема
однокаскадного УПЧ представлена на рис. 9.
78
Рис. 9. Принципиальная схема УПЧ.
В качестве усилительного элемента в УПЧ будем использовать БПТ 2SC3881
фирмы Philips.Основные технические характеристики транзистора 2SC3881
приведены в табл. 4.
Таблица 4. Основные технические характеристики транзистора 2SC3881.
Параметр
Значение
Обратный ток коллектора IКБ0, мкА
1
при U КБ = 10 В, IЭ = 0 ;
Обратный ток эмиттера IЭБ0, мкА
1
при UЭБ = 1В , Iк = 0;
Максимально допустимые параметры
Постоянный ток коллектора IКмакс, мА
80
Постоянное напряжение
20
коллектор – эмиттер UКэмакс, В
Постоянное напряжение
25
коллектор – база UКбмакс, В
Постоянное напряжение
3
эмиттер – база иЭбмакс, В
Постоянная мощность, рассеиваемая
150
79
на коллекторе РКмакс > мВт
Коэффициент передачи h21э
100…400
при U КЭ =10В, IК =20мА;
Граничная частота передачи
250
fгр,МГц при UКЭ =105, IK =20мА;
Коэффициент шума КШдБ, дБ
при UКЭ = 10В, Iк = 1 мА, f =10 МГц;
1.1
Ёмкость коллекторного
1
перехода Ск, пФ
Постоянная времени цепи
обратной связи
8
к,пс
Исходя из данных технических характеристик транзистора, выберем такие значения, чтобы транзистор работал нормальном режиме (без перегрузки):
• U0K=3.5B;
• U0Б = 0.65В;
• I0К = (1...5)мА = 3 мА;
•
h21э = h21эмакс h21эмин = 200;
•
I0Б
•
I0k
=15[мкА];
h 21э
U 0 э 0.1 Еп 1.2В ;
Произведѐм расчѐт элементов схемы.
Определим сопротивление резистора в цепи коллектора транзистора:
R3
0.1 En
2 I0k
0.1 6
2 3 10
3
100[Ом];
По найденному сопротивлению R3 = 100Ом выбираем ближайший номинал R3
= 100 Ом ;
Рассчитаем сопротивление в цепи эмиттера транзистора:
80
R4
U 0Э
I0Э
U 0Э
I0k I0 Б
0.6
3 10
1.5 10
3
190[Ом];
5
По найденному сопротивлению R4 = 190 0м выбираем ближайший номинал R4
= 200 Ом;
Зададимся током делителя
IД
(3...5)
I0k
h21э
(3...5) I 0 Б
4 1.5 10
60[ мкА];
5
и найдѐм значения сопротивлений R1 и R2 :
R2
U0Б U Э
IД
0.65 0.6
6 10 5
20.83[кОм];
По найденному сопротивлению R2 = 20.8кOм выбираем ближайший номинал R2
= 22 кОм;
R1
En U 0 Б U 0 Э
I Д IБ
6 0.65 0.6
6 10 5 1.5 10
5
79[ кОм];
По найденному сопротивлению R1 = 79 кОм выбираем ближайший номинал R1 =
82KOM;
Определим ѐмкость конденсатора в цепи эмиттера транзистора:
Сэ
2
1
f np 0.01 R 4
340[ pФ];
По найденной ѐмкости Сэ = 340 pФ выбираем ближайший номинал: Сэ = 360
pФ;
Рассчитаем эквивалентное сопротивление базового делителя и входное сопротивление УПЧ:
R1 R 2
82 103 22 103
R1 R 2 82 103 22 103
RБ RвхVT
RвхУПЧ
;
RБ RвхVT
RБ
17.35[кОм];
(30)
где: RexVT = h11э - входное сопротивление транзистора:
RвхVT
где:
h11э rБ
rэ (1 h21э);
rБ - сопротивление базы транзистора:
81
rБ
Ск
8 10 12
1.1 10 12
транзистора:
где
T
7.3[Ом];
Т
rэ
I0k
rэ - сопротивление эмиттера
;
2.5 102 B -температурный потенциал;
В результате получаем:
rэ
8.3[Ом];
Подставляя теперь rэ и rБ в (15), получим:
RвxVT = 1.682 • 103 [Ом];
И, подставляя RexVT в (30), получим:
RвхУПЧ
17.35 103 1.682 103
17.35 103 1.682 103
1.5[кОм];
Определим ѐмкость развязывающего конденсатора на выходе УПЧ:
Cp
2
1
1.07 107 0.01 104
148.7[ pФ];
По найденной ѐмкости Ср =148.7 pФ выбираем ближайший номинал
Ср=150pФ;
Определим коэффициент усиления УПЧ:
h21э
KУПЧ
R 4 RвхЧД
R 4 RвхЧД
RвхVT
200 104
200 104
1.7 103
200
23.068;
2.5. Выбор схемы частотного детектора и его расчѐт
Частотный детектор будем реализовывать на ИМС типа TDA1047 фирмы Infineon. Основные технические характеристики микросхемы приведены в табл.
5. Принципиальная схема частотного детектора приведена на рис. 10.
Необходимо отметить, что имеющиеся в микросхеме ФАПЧ (переключатель
К1) и индикатор настройки (вывод 14), в нашем случае не используются, в этой
связи, конденсатор С2, переключатель К1 и резистор R1 из схемы исключаются, а вывод 2 микросхемы для отключения системы ФАПЧ замыкается на землю. Имеющаяся в микросхеме система бесшумной настройки (БШН), используется, а управление порогом происходит с помощью резистора R5.( Здесь и далее, при выборе типовой
82
Таблица 5. Основные технические характеристики ИМС TDA1047.
Параметр
Значение
Номинальное напряжение питания, В
6
Потребляемый ток, мА
12
Входное напряжение ограничения
50
при
f = ±50кГц и
fnp = 10.7МГц, мкВ, не более
Выходное напряжение НЧ
60
при Uвх = 10 мВ , f = ±50кГц и
fnp =10.7МГц, мВ, не менее
Коэффициент ослабления паразитной
амплитудной модуляции при
Uex =10 мВ, f = ±50кГц,
т = 30% и fnp = 10.7МГц, дБ, не менее
Коэффициент гармоник выходного
напряжения НЧ при Uex = 10мВ ,
46
0.8
f = ±50кГц и fnp = 10.7МГц, %
Максимально допустимые параметры
Диапазон питающих напряжений, В
4…18
Максимальное входное напряжение, мВ
160
Максимальная частота входного
15
сигнала, МГц
Максимальный ток по
3
выводу 14, мА
83
Максимальный ток по
1
выводу 15, мА
Допустимый диапазон
-25…+55
рабочих температур, ° С
схемы включения, перечень элементов и их параметров, соответствующих этой
схеме, будет приведѐн в спецификации.)
Рис. 10. Принципиальная схема частотного детектора на ИМС TDA1047.
Рассчитаем и построим детекторную характеристику ЧД. Фазовый сдвиг ФСЦ
выражается формулой (31):
arctg
A
1
A
;
(31)
Необходимо учитывать, что на резонансной частоте
y
f0
f0
f0
f0
0, и,
соответст-
венно,
y
dэ
Тогда tg
0
0.
A , и, задаваясь реальным значением сдвига фаз
< 90° = 85°, находим А: А = arctg
0
= arctg85 = 11.4;
84
Ширина детекторной характеристики определяется формулой (32):
П 10 2
fm
10 2 4 103
80 [кГц]; (32)
Поскольку П = 2 • f0 • dэ, выразим и найдѐм dэ :
dэ
П
2
f0
80 103
2 1.1 108
3.6 10 4 ;
Крутизна детекторной характеристики определяется формулой (33):
SЧД
I ГСТ Rн
2
16
;
f пр d э
(33)
где IГСТ < 10-3 А - ток ГСТ микросхемы; Выберем равный
2 10
3
Задаваясь напряжением на выходе ЧД UвыхЧД =10 -1 В, находим неизвестное
Rн
2 U выхЧД
I ГСТ
1
2 10
2 10
3
100[Ом];
Теперь можно вычислить крутизну:
SЧД
Сн
4.2 10 4 ;
М в2 1
2
294[нФ];
Fмакс Rн
Используя выражения (34), построим детекторную характеристику:
U выхЧД
U выхЧД
1
I ГСТ Rн
2
1
2
I ГСТ Rн
2
2
,
(0... ),
,
(0...2 );
График зависимости приращения напряжения на выходе ЧД от девиации частоты представлен на рис. 11.
85
Рис. 11. Детекторная характеристика ЧД.
Результаты расчѐта детекторной характеристики (ДХ) сводим в табл. 5.
Табл. 5. Результаты вычислений параметров при построении ДХ.
Fпч , Δf ,Гц
ζ
φ, рад
UвыхЧД ,мВ
МГц
10.7
-0.2
-1.459
0
-0.18
-1.479
-0.16
-1.498
-0.14
-1.518
-0.12
-1.538
-0.10
-1.558
-0.08
1.563
-0.06
1.543
-0.04
1.523
-0.02
1.503
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
1.484
1.464
1.444
1.424
1.405
1.385
1.366
86
0.14
0.16
0.18
0.20
1.347
1.328
1.309
1.291
2.7. Выбор схемы усилителя низкой частоты
В качестве усилителя низкой частоты (УЗЧ) будем применять ИМС LM386
фирмы National Semiconductor (NSC).
Основные технические характеристики микросхемы
ИМС LM386 приведены в табл. 6.
таблица 6.
Параметр
Номинальное напряжение питания, В
Значение
6
Потребляемый ток при U n =6В ,
RH = 4 Oм, U вх = 0, мА
6
Коэффициент усиления при Uп = 6В,
fex =1кГц, U вх = 100 мВ , дБ
<26
Коэффициент гармоник при Uп= 6В,
RH = 4 Ом, fex = 1кГц, Р=250 мВт,%
0.2
Входное сопротивление при Uп =6В, fex = 1кГц, кОм
50
Номинальная выходная мощность при Uп = 125,
RH =4Ом, мВт
250
Диапазон рабочих частот, Гц
10…300000
Максимально допустимые параметры
Диапазон питающих напряжений, В
4.5…22
Максимальное входное напряжение, мВ
400
Минимальное сопротивление нагрузки, Ом
2
Максимальная температура корпуса, ° С
125
Допустимый диапазон рабочих температур, °С
-65…+100
87
Принципиальная схема УНЧ на микросхеме LM386 представлена на рис. 12.
Рис. 12. Типовая схема включения УМЗЧ LM386.
2.8. Выбор громкоговорителя
Для воспроизведения сигналов звуковой частоты, снимаемых с выхода УМЗЧ,
будем использовать динамический громкоговоритель DSO.25-4D. Фирмы Panasonic. Номинальная мощность этого громкоговорителя – 0.25 Вт, сопротивление обмотки — 4 Ом.
3. Выводы. Анализ выполнения требований технического задания
Задание
Расчет
Seзерк дб = 60дБ
Seзерк дб = 63,6дБ
Seсосед дб = 50дБ
Seсосед дб = 80дБ
Рвых=50мВт
Рвых=250мВт
Кг=5%
Кг=1%
0.39
10 2
2
Seзерк
1
39.013
SeзеркдБ1
20 log( Seзерк1 ) 20 log(39.013) 31.824[дБ ];
SeзеркдБ
2 SeзеркдБ1
63.6[дБ ]
Избирательность по соседнему каналу будет обеспечивать фильтр сосредоточенной селекции (ФСС):
88
Если nп > nи (округленного до большего целого числа), то расчет правильный и
можно принять число звеньев одного ФСС nф = nи = 5 и число ФСС nпр =2
и избирательность по соседнему каналу
Коэффициент передачи:
К
К Вх.ц КУРЧ К ПЧ КУПЧ КУНЧ
93.06 103
Полученный коэффициент передачи приемника удовлетворяет заданному.
Неравномерность АЧХ:
По заданию σ = 5 дб
В результате σ = 2.3 дб
Полоса звуковых частот:
По заданию (Fмин … Fмах )=(0,2…2,7) кГц
В результате (Fмин … Fмах )=(0.01…300) кГц
Расчѐт коэффициента сигнал/шум:
Расчѐт:
где
Pс.вых.
Pш.вых
( Еа )2
К
Rа
kT П рч Ш пр
b
bдб
(5 10 6 )2
5 104
75
33.3 10 9
2.56 10 10
2.56 10
33.3 10
9
10
130
20 log130 42.7(дБ )
89
По заданию: b =20 дб.
Расчѐт удовлетворяет заданным требованиям коэффициента сигнал/шум, обеспечивается в соответствии с техническим заданием.
Частота настройки:
Расчѐт:
По заданию: f = 32МГц.
Расчѐт удовлетворяет заданным требованием настройки частоты.
Рассчитанный коэффициент шума приѐмника:
Шпрдб
20 log( Шпр )
20 log(3.628) 11.193 дБ
Усилительные элементы также обладают собственными шумами
Собственные шумы усилительных элементов:
Шпр=3.628 дБ.
4. Список используемой литературы
1. Галочкин В.А. Устройства приема и обработки сигналов. Конспект лекций (учебное пособие) - Самара: ГОУВПО ПГУТИ, 2011- 424 с
2. Н. Н. Буга, А. И. Фалько, Н. И. Чистяков, Радиоприѐмные устройства.
Под общей редакцией Н. И. Чистякова. - М.: Радио и Связь, 1986 г.;
3. Н. И. Чистяков, Радиоприѐмные устройства. - М.: Радио и Связь, 1985г.;
4. Н. В. Бобров, Расчѐт радиоприѐмников. М: Радио и Связь, 1981 г.;
5. Г. И. Атабеков, Основы теории цепей. М: Радио и Связь, 1976 г.;
6. Ред Э., Справочное пособие по ВЧ схемотехнике. Пер. с нем. - М.: 1990
г.;
7. http://www.chipinfo.ru Справочные пособия по электронным компонентам
от фирм производителей;
8. В. Е. Сапаров, Дипломный проект от А до Я. - М.: СОЛОН-Пресс, 2003г.;
9. И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев, Справочник по математике. - М.: Наука, 1986 г..
4. Требования к оформлению пояснительной записки
Содержание пояснительной записки должно соответствовать:
- структуре содержания данной методической разработки (см.
стр.3-4; 18-19);
4.1.
90
- требованиям разделов 1 и 4 данной методической разработки;
4.2. Текст пояснительной записки должен быть набран в текстовом редакторе, файлы должны быть формата *.doc
Текст пояснительной записки должен быть выполнен с применением печатающих и
графических устройств вывода ЭВМ на одной стороне листа белой бумаги формата
А4 (210 × 297 мм). При выполнении текста пояснительной записки необходимо соблюдать равномерную плотность, контрастность и четкость изображения по всему
тексту.
4.3. Текст должен быть выровнен по ширине. Абзацный отступ стандартный по
всему тексту (1,25 см).
Текст записки рекомендуется печатать, соблюдая следующие размеры полей:
левое – 30 мм;
верхнее и нижнее - 20 мм;
правое - 15 мм;
4.4. Вносить в текст записки отдельные слова, формулы, условные знаки,
буквы латинского и греческого алфавита, символы рукописным способом не
допускается. Опечатки, описки, графические неточности, помарки, повреждения листов пояснительной записки не допускаются.
4.5. Страницы текста пояснительной записки следует нумеровать арабскими
цифрами, соблюдая сквозную нумерацию по всему документу. Номер страницы
проставляют внизу в правом углу (кроме титульного листа).
4.6. Набор текста должен быть произведен в текстовом редакторе.
Тип шрифта: Times New Roman Cyr.
Шрифт основного текста - обычный, размер 12 пт.
Шрифт заголовка структурной единицы "Раздел" - полужирный, размер 14 пт.
Шрифт заголовка структурной единицы "Подраздел" - полужирный, размер 12
пт.
Межсимвольный интервал - обычный. Междустрочный интервал - одинарный.
4.7.
Формулы должны быть оформлены в редакторе формул и вставлены в документ как объект.
4.8.
Подрисуночные надписи выполняются тем же шрифтом размером
12 пт.
4.9.
Рисунки должны быть представлены в формате *.gif или *.jpg.
4.10. Список рекомендуемой литературы должен быть оформлен с указанием полных библиографических данных.
91
5. Приложение. Форма титульного листа
Федеральное агентство связи
Поволжский государственный университет телекоммуникаций
и информатики
_______________________________________________________
Кафедра радиосвязи, радиовещания и телевидения
Срок сдачи на проверку «___»_____20 г
Сдан на проверку________«___»_____20 г.
Допустить к защите_____ «___»_____20 г.
Курсовой проект по_дисциплине
«Устройства приема и обработки сигналов»
_______________________________________________________
наименование темы курсового проекта
Вариант №____
Пояснительная записка на ______листах
Студент_________
группа____
«___»___20
Оценка __________
Руководитель ___________
Члены комиссии ____________
____________
«___»______20
Самара 20 _г.
92
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
10
Размер файла
2 746 Кб
Теги
kurs, posobie, signalov, ustr, proekt, disco, obraz, priema, uchet
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа