Реферат: работа на тему «радиоприемники ам сигналов»

Санкт - Петербургский Государственный Университет Телекоммуникаций

им. проф. М. А. Бонч-Бруевича

курсовая работа

на тему «радиоприемники АМ сигналов»

выполнил: студент гр. ФП-91

Мишлано Дмитрий.

принял: доцент Кацнельсон Л.Н.

Санкт-Петербург

2003 г.

Задание на курсовое проектирование:

1. диапазон частот 7,0 – 7,4 МГц

2. чувствительность не хуже 50мВ

3. эквивалент антенны 7.5 пФ

4. ослабление по зеркальному каналу σ_ЗК >14 дБ

5. ослабление по соседнему каналу σ_СК >40 дБ

6. С_Hmin =10 пФ

7. С_{Н max} =330 пФ

1. Эскизный расчет структурной схемы приемника

1.1 . Задачи расчета

Типовая структурная схема современного приемника содержит основные узлы, изображенные на рис 1

Там же обозначены коэффициенты передачи отдельных узлов и уровни напряжений на входе каждого из них при задающем напряжении или напряженности поля, равными чувствительности приемника.

Работу начинаем с выбора приемника – прототипа из приемников выпускаемых промышленностью. В дальнейшей работе будем опираться на результаты этого изучения, что позволит уменьшить вероятность ошибок при проектировании и, при необходимости получить дополнительный справочный материал. Приемник – прототип построен на основе интегральной микросхемы К174ХА2. Структурная схема приемника – прототипа представлена на рисунке:

Микросхема интегральная предназначена для работы в радиовещательных приемниках АМ сигналов третьей группы сложности, но может также использоваться и в радиовещательных приемниках второй группы сложности с внешним гетеродином, что дает повышенную устойчивость к перекрестным помехам.

1,2 – вход УВЧ 10 – индикаторный выход

3 – вход УПТ 11,12 – вход УПЧ

4,5,6 – вывод 13 – вывод

7 – выход УПЧ 14 – U_П

8 – общий 15,16 – выход смесителя

9 – вход УПТ

Интегральная схема содержит усилитель сигналов радиочастоты А1 с системой АРУ А2, смеситель UZ1, усилитель промежуточной частоты А4 с системой АРУ А5, гетеродин G1 и стабилизатор А3.

Обоснование структурной схемы включает в себя:

- выбор значения промежуточной частоты, избирательных систем тракта ПЧ и преселектора;

- выбор элемента настройки обоснование способа настройки;

- выбор детектора приемника;

1.2. Выбор значения промежуточной частоты

Число преобразований частоты в приемнике и значение промежуточной частоты f_ПЧ выбирается из условий обеспечения требований по ослаблению зеркального и соседнего каналов. В проектируемых приемниках эти требования обычно могут быть обеспечены при использовании одного преобразования частоты и стандартного значения f_ПЧ В бытовой аппаратуре приняты следующие значения f_ПЧ :

- 465 кГц в радиовещательных приемниках АМ сигналов (диапазон КВ).

1.3. Выбор избирательной системы тракта ПЧ

Основную роль в формировании резонансной характеристики приемника и обеспечении требований ТЗ по ослаблению соседнего канала играет тракт промежуточной частоты. Полоса пропускания приемника (ΔF_ПР ) приблизительно равна полое пропускания тракта ПЧ.

Значение ΔF_ПР определяют следующим образом:

, где ΔF_С – полоса частот принимаемого сигнала

- нестабильности частот передатчика и приемника.

Для АМ сигналов ΔF_С = 2F_В , где F_В – высшая частота модуляции, равная 5000Гц.

ΔF_С = 2F_В =10000 Гц

Нестабильность частоты вещательных передатчиков не превышает 10Гц в диапазоне КВ, нестабильность частоты настройки приемника составляет приблизительно , - высшая частота настройки приемника. ΔFпр=1,15 10⁴ Гц

Из-за высокой нестабильности частоты настройки приемника рассчитанное значение превышает 1.1ΔFс ,то принимают ∆Fпр=1.1ΔFс=1.1 10⁴ Гц. В этом случае следует либо применить в приемнике систему АПЧ с коэффициентом автоподстройки

Капч≥10^-3 f₀ ∕(0.1∆Fс)

Либо смириться с необходимостью ручной подстройки частоты в процессе радиоприема.

В современных приемниках избирательность тракта ПЧ обеспечивается ФСИ (фильтры сосредоточенной избирательности). Выбор ФСИ производят исходя из требований ТЗ по ослаблению соседнего канала.

Тип фильтра ФП1П-60.01(пьезокерамический фильтр на среднюю частоту 465 кГц)

Для ФСИ ФП1П-60.01 определяют его коэффициент К_0Ф передачи напряжения по центральной частоте:

- коэффициент передачи на центральных частотах К_Р = -6дБ;

- входное сопротивление R_ВХ = 3кОм;

- выходное сопротивление R_ВЫХ = 2кОм;

- выходная и входная емкости С_ВЫХ = С_ВХ = 10пФ;

- допустимое напряжение не более 3В;

- полоса пропускания на уровне 6дБ 4,0-6,0 кГц;

- относительное затухание 50 дБ.

1.4. Определение числа и типа избирательных систем преселектора

Число избирательных систем преселектора в каждом диапазоне определяют исходя из заданного ослабления зеркального канала, которое должно обеспечиваться на максимальной частоте диапазона (f₀ = f_max ), т.е. в «худшей точке».

Задаемся значением конструктивной (максимальной реализуемой на данной частоте) добротности контура преселектора Q_K =180, оцениваем значения добротности эквивалентного контура и его полосы пропускания

Qкэ=0.6·Qк=108

ΔFкэ=f

Рассчитаем крутизну характеристики избирательности преселектора, при которой будет обеспечено выполнение требований ТЗ по ослаблению зеркального канала:

3дБ – ослабление на границах полосы пропускания

Рассчитываем число колебательных контуров преселектора

round означает округление аргумента до ближайшего целого числа, превышающего аргумент, 20 дБ/дек – крутизна характеристики избирательности одного колебательного контура за пределами полосы пропускания.

Если =1 преселектор содержит одноконтурное входное устройство, УРЧ может отсутствовать.

Приняв решение о числе колебательных контуров преселектора и значении их добротности, проверяем выполнение требования ТЗ по ослаблению помехи с частотой, равной промежуточной, на частоте диапазона ближайшей к f_ПЧ :

1.5. Выбор способа и элемента настройки

Проектируемый приемник содержит несколько поддиапазонов с различными коэффициентами перекрытия по частоте К_Д = f_max /f_min , где f_max и f_min максимальная и минимальная расчетные частоты.

В реальном контуре параллельно конденсатору настройки всегда есть некая суммарная емкость С₀ , состоящая из паразитных емкостей схемы и, возможно, емкости подстроечного конденсатора. Выбирая элемент настройки общий для всех поддиапазонов, следует проверить выполнение условия

где К_Дмакс -наибольший коэффициент перекрытия из числа поддиапазонов проектируемого приемника.

При механической настройке блоком КПЕ каждая из секций блока подключается к своему контуру (входного устройства, УРЧ, гетеродина). При повороте ротора конденсатора изменение емкости происходит одновременно во всех контурах. Для обеспечения минимальной погрешности сопряжения настроек гетеродина и контуров преселектора в контур гетеродина включают специальные конденсаторы сопряжения.

1.6. Выбор детектора сигнала

В качестве детектора АМ сигналов предпочтительно использовать последовательную схему диодного детектора:

В этом случае детектор подключают к колебательному контуру последовательного каскада УПЧ непосредственно или с помощью трансформаторной связи. Детектор должен работать в режиме сильных сигналов, что обеспечивает при напряжении на входе детектора U_ВХД ≥0,4В при использовании германиевого диода. Возьмем универсальный высокочастотный диод ГД407А:

Предназначены для работы в качестве детекторов АМ сигналов в радиовещательных приемниках. Выпускаются в металлостеклянном корпусе и имеют гибкие выводы.

Электрические параметры:

- постоянное обратное напряжение 5В;

- постоянный прямой ток при U_ПР =0,5В 5мА;

- коэффициент передачи детектора 0,33 – 0,47;

- входное сопротивление детектора 15 – 30 кОм.

Предельные эксплуатационные данные:

- диапазон рабочей температуры t = -25 до 55ºC.

2. Расчет входных устройств с внешней короткой антенной

2 .1. Расчет колебательного контура растянутого диапазона

схема колебательного контура представлена на рисунках 1 и 2

на схемах обозначены:

- С_А – емкость антенны;

- С_ВХПР – емкость антенного входа приемника относительно корпуса;

- С' – конденсатор, через который осуществляется внешнеемкостная связь контура с антенной;

- С_L – собственная емкость катушки индуктивности,;

- С_М – емкость монтажа;

- С_П – подстроечный конденсатор;

- С_Н – элемент настройки (варикап);

- С₂ и С_Д1 – дополнительные растягивающие конденсаторы;

- L_К – индуктивность катушки контура;

- L_АК – индуктивность катушки связи с антенной;

- L_КТ – индуктивность катушки связи с АП1 (первый активный прибор)

Определяем крайние (расчетные) частоты диапазона с учетом запаса по перекрытию

Определяем фактический коэффициент перекрытия диапазона

Выбираем минимальную емкость контура в пределах от 50 до 100 пФ: С_Kmin =50 пФ

Рассчитываем максимальную емкость контура

Задаемся значением емкости С₃ , параллельной L_К до конденсатора С₂ в пределах от 20 до 30 пФ и рассчитываем вспомогательные величины:

Рассчитываем емкости

Проверяем правильность расчетов

Далее определяем емкость дополнительного конденсатора, включенного в контур

Рассчитываем индуктивность контура

2.2. Расчет одноконтурного входного устройства с внешнеемкостной связью с антенной, представленной емкостным эквивалентом, и трансформаторной связью с транзистором

Схемы входных устройств приведены на рисунках 3 и 4:

Определяем емкость конденсатора связи с антенной, недостающие данные берем из справочных материалов:

Определяем емкость, вносимую в контур из антенной цепи

Для схемы 3 определяем емкость дополнительного конденсатора, включенного в контур

Для схемы 4 уточняем значение емкости подстроечного конденсатора

Определяем допустимое значение показателя связи колебательного контура с АП1 из условий:

- заданного расширения полосы

- минимизация коэффициента шума АП1

Выбираем большее из этих двух значений и обозначаем А_{1 min} .

Рассчитываем коэффициент включения колебательного контура во входную цепь АП1 и индуктивность катушки связи

Рассчитываем трансформирующий множитель, определяющий долю энергии, передаваемый из антенной цепи в колебательный контур

При К_Д <1.1 расчет можно производить на одной (лучше максимальной) частоте диапазона. Определяем следующие параметры:

- характеристическое сопротивление

- сопротивление потерь в катушке

- сопротивление связи колебательного контура с АП1

- сопротивление, вносимое в колебательный контур из входной цепи АП1

- сопротивление потерь эквивалентного колебательного контура

- коэффициент расширения полосы пропускания

- добротность входного устройства

- показатель связи колебательного контура с АП1

- проводимость эквивалентного генератора

- коэффициент передачи входного устройства

3 . Расчет гетеродина

3.1. Расчет сопряжения настроек гетеродина и преселектора

Параметры элементов колебательного контура гетеродина при известных параметрах контура преселектора выбирают из соображений обеспечения сопряжения настроек гетеродина и преселектора с допустимой погрешностью.

Контур гетеродина перестраивается в диапазоне частот от

До

Контур гетеродина имеет коэффициент перекрытия по частоте , отличающийся от коэффициента перекрытия по частоте контура преселектора .

Задача состоит в определении числа точек и частот точного сопряжения, структуры и параметров гетеродина. При использовании идентичных элементов настройки в преселекторе и гетеродине точное сопряжение возможно только в одной, двух или трех точках диапазона.

3 .2. Выбор числа точек точного сопряжения

Число точек точного сопряжения определяется значением коэффициента перекрытия по частоте рассчитываемого диапазона К_Д .

При К_Д ≤1,1 (К_Д = 1,057) достаточно одной точки точного сопряжения, частота которой рассчитывается по формуле

При условии равенства абсолютных погрешностей сопряжения в худших точках диапазона максимальная относительная погрешность сопряжения рассчитывается следующим образом:

3 .3. Сопряжение в одной точке

В этом случае структура и все емкости гетеродина выбирают такими же, как у контура преселектора. В процессе налаживания приемника с помощью подвижного сердечника катушки гетеродина осуществляют точное сопряжение (подстройку) на частоте f₁ .

4. Расчет диодного детектора АМ сигналов

Исходными данными для расчета всех детекторов являются:

- значение промежуточной частоты f_ПЧ ;

- допустимые амплитудные искажения на нижних и верхних частотах модуляции М_Н =М_В =1,1;

- входное сопротивление (R_ВХУЗЧ =51 кОм) и емкость (C_{ВХ УЗЧ} =0,1 пФ) выбранной ИМС УЗЧ

Принципиальная схема диодного АД:

Для снижения искажений и улучшения фильтрации сопротивление нагрузки детектора разделено на две части (R₁ и R₂ ). Потенциометр R₂ является одновременно и регулятором громкости.

Для расчета АМ детектора дополнительными исходными данными будут:

- нормальное и максимальное значение коэффициента модуляции m_H = 0.3, m_max = 0.9;

- значения прямого и обратного сопротивления выбранного диода r_ПР = 100 Ом,

r_ОБР = 10⁷ Ом.

Расчет детектора проводим для режима сильных сигналов. Выбираем сопротивление нагрузки детектора для постоянного тока 10…20 кОм. Далее рассчитываем значения R₁ и R₂ :

Рассчитываем сопротивление нагрузки детектора для переменного тока с частотой модуляции

Определяем входное сопротивление детектора

Выбираем емкость нагрузки детектора из двух условий:

- допустимых линейных искажений на максимальной частоте модуляции

- малых нелинейных искажений, обусловленных избыточной постоянной времени нагрузки детектора

Из двух значений выбираем меньшее и подбираем стандартные конденсаторы с емкостями

Определяем емкость разделительного конденсатора, исходя из допустимых искажений в области нижних частот модуляции

Определяем коэффициент фильтрации напряжения промежуточной частоты элементами схемы детектора:

- фильтром, образованным R_ВХД , С₁

- фильтром, образованным R₁ , С₂

- общий коэффициент фильтрации

Рассчитываем угол отсечки тока диода

Коэффициент передачи детектора

Оцениваем напряжение на входе УЗЧ на средних частотах модуляции

Рассчитаем требуемый коэффициент усиления УЗЧ

Выбор ИМС УЗЧ и динамической головки: динамическая головка выбирается из условия обеспечения номинальной выходной мощности и заданного диапазона воспроизводимых частот. Для УЗЧ выберем ИМС отечественного производства, предпочтительней ИМС не требующие большого числа дополнительных элементов: К174УН9. Динамическая головка типа 3ГДШ – 8.

Содержание

1. Эскизный расчет структурной схемы приемника.....................................

1.1. Задачи расчета……………………………………………………………………………………..

1.2. Выбор значения промежуточной частоты……………………………………………

1.3. Выбор избирательной системы тракта ПЧ…………………………………………..

1.4. Определение числа и типа избирательных

систем преселектора…………………………………………………………………………….

1.5. Выбор способа и элемента настройки……………………………………………

1.6. Выбор детектора сигнала……………………………………………………………………..

2 . Расчет входных устройств с

внешней короткой антенной……………………………………………………………

2.1. Расчет колебательного контура растянутого диапазона………………………

2 .2. Расчет одноконтурного входного устройства

с внешнеемкостной связью с антенной, представленной

емкостным эквивалентом, и трансформаторной связью

с транзистором……………………………………………………………………………………

3. Расчет гетеродина……………………………………………………………………………..

3.1. Расчет сопряжения настроек гетеродина

и преселектора………………………………………………………………………………………

3.2. Выбор числа точек точного сопряжения……………………………………………….

3.3. Сопряжение в одной точке……………………………………………………………………

4. Расчет диодного детектора АМ сигналов………………………………………

Список используемой литературы

1. Пособие по проектированию «АМ, ОМ, ЧМ сигналов»

издание четвертое, Санкт – Петербург, 2000г.

2. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам.

Издательство «Энергия», Москва, 1972 г.