Приемник звукового вещания

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Министерство образования

российской федерации

Таганрогский государственный радиотехнический университет

Кафедра Радиоприемных Устройств и телевидения

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту

по курсу: «Устройства приема и обработки сигналов»

на тему: «Приемник звукового вещания»

Выполнил: ст. гр. Р-20 Гетманский А. Н.

Проверил: профессор каф. РпрУ и ТВ Плаксиенко В. С.

Таганрог 2003

Содержание

Техническое задание

Введение

Анализ технического задания

1. Эскизный расчет радиоприемника

1. 1 Выбор структурной схемы радиоприемника

1.2 Разделение диапазона частот на поддиапазоны

1.3 Расчет полосы пропускания линейного тракта приемника

1.4 Выбор первых каскадов, обеспечивающих требуемую чувствительность приемника

1.5. Выбор средств обеспечения избирательностей приемника

1.5.1 Определение избирательности по зеркальному каналу

1.5.2 Определение избирательности по каналу прямого прохождения

1.5.3 Выбор средств обеспечения избирательности по соседнему

каналу

1.6 Расчет требуемого усиления линейного тракта. Распределение усиления по каскадам

1.7 Проверка осуществимости АРУ

2. Проектирование принципиальной электрической схемы

2.1 Выбор электронных приборов

2.2 Расчет входной цепи

2.1.1 Расчет входной цепи для диапазона длинных волн (СВ)

2.1.2 Расчет входной цепи для диапазона ультракоротких волн (УКВ-1)

2.2.3 Рассчитаем входную цепь с ферритовой (магнитной) антенной и трансформаторной связью с УРЧ

2.2.4. Рассчитаем одноконтурную входную цепь c трансформаторной связью с антенной

2.3 Расчёт сопряжения контуров входной цепи и гетеродина

Заключение

Список литературы

Приложения

Техническое задание

Приемник стационарный.

Диапазон частот от fmin до fmax, МГц0. 525−1. 607, 65. 8−74. 0

Вид модуляцииАМ, ЧМ

Чувствительность (АМ) EA0, мкВ/м40

Чувствительность (ЧМ) ЕА0, мкВ… 3

Избирательность

, дБ 75

, дБ (АМ)60

, дБ (ЧМ)65

, дБ (АМ)44

, дБ (ЧМ)65

Работа АРУ, дБ 50

, дБ6

Fн, Гц31,5

Fв, Гц (АМ)4000

Fв, Гц (ЧМ)15000

, дБ (АМ)16

, дБ (ЧМ)14

Рвых, Вт15

Введение

Современное радиоприемное устройство — довольно сложное устройство, в проектирование и выпуск которого вовлечен очень большой рабочий потенциал. Эти устройства далеко не всегда являются дешевыми.

Современные радиоприемники известных фирм «Sony», «Kenwood», «Alpine» других фирм являются высококлассными приемниками, которые могут устойчиво работать в самых худших условиях приема. Одна из причин устойчивой работы — применение высококачественных интегральных микросхем, которые по сравнению с другими полупроводниковыми приборами (транзисторами) имеют ряд преимуществ. Одним из таких преимуществ является высокая степень миниатюризации.

Целью данного курсового проекта является разработка бытового радиоприемника, предназначенного для приема звуковых программ диапазонов СВ и УКВ — 1.

Анализ технического задания

Исходя из условий вышеприведенного технического задания, проведем его анализ.

Выясним, в каких диапазонах должен работать проектируемый радиоприемник. Для нашего технического задания это два диапазона частот:

(0,525 — 1,607) МГц,

(65,8 — 74) МГц.

Эти полосы частот соответствуют диапазонам СВ (средние волны) и УКВ — 1 (ультракороткие волны, первый диапазон).

Определим группу сложности проектируемого радиоприемника. Согласно требованиям, изложенным в Государственном Стандарте (ГОСТ 5651 — 82. Устройства радиоприемные бытовые), стационарные приемники разделяются на четыре группы сложности (0 — высшая, 1, 2, 3).

Согласно ГОСТ 5651– — 82, при отношении сигнал/шум не ниже 20 дБ принято следующее деление на группы сложности по чувствительности стационарных приемников:

0 — ая группа СВ — 40 мкВ;

1 — ая группа СВ — 100 мкВ;

2 — ая группа СВ — 100 мкВ;

3 — ая группа СВ — 150 мкВ.

В УКВ (1,2) — диапазоне стационарные приемники нулевой группы сложности должны иметь реальную чувствительность по напряжению не хуже 2 мкВ, приемники первой и второй сложности — 5 мкВ, третьей группы сложности — 15 мкВ. Следовательно, делаем вывод, что по чувствительности наш радиоприемник будет относится к нулевой группе сложности согласно ГОСТу 5651 — 82.

Селективность по зеркальному каналу приемника с однократным преобразованием частоты всецело определяется избирательностью тракта радиочастоты. Для стационарных радиоприемников имеем:

СВ: нулевая — 60 дБ,

первая — 36 дБ,

вторая — 34 дБ,

третья — 34 дБ;

УКВ: нулевая — 70 дБ,

первая — 50 дБ,

вторая — 32 дБ,

третья — 26 дБ.

По избирательности по зеркальному каналу наш радиоприемник относится к нулевой группе сложности.

Для стационарных радиоприемников односигнальная селективность по промежуточной частоте в децибелах на частотах 280 или 560 кГц не должны быть меньше 40, 34, 34 или 26 дБ соответственно по группам сложности. Что же касается тракта ЧМ — сигналов, то здесь односигнальная избирательность по промежуточной частоте, на частоте, равной 10,7 МГц, по группам сложности составляет соответственно 70, 60, 42 или 36 дБ для стационарных радиоприемников.

Стандартные значения промежуточных частот для радиовещательных радиоприемников составляют 465? кГц; 1,84??0,008 МГц и 10,7?0,1 МГц. Как правило, применяется одно преобразование частоты: в тракте АМ fПР=465 кГц, в ЧМ — тракте fПР =10,7 МГц.

Верхняя граничная частота в спектре воспроизводимых частот всего тракта приема АМ — сигналов при неравномерности по звуковому давлению 14 дБ в диапазоне СВ выбираются не меньше следующих значений:

для стационарных приемников с выносными акустическими системами:

нулевая — 6,3 кГц,

первая — 4 кГц,

вторая — 4 кГц,

третья — 3,55 кГц.

Для УКВ — вещания верхняя граничная частота в спектре воспроизводимых частот при неравномерности по звуковому давлению 14 дБ составляет:

для стационарных приемников с выносными акустическими системами:

нулевая — 15 кГц,

первая и вторая — 12,5 кГц,

третья — 8 кГц.

Итак, исходя из приведенных выше условий, можно сделать вывод, что по условиям технического задания проектируемый радиоприемник относится к нулевой группе сложности.

При анализе технического задания выберем также тип антенны.

Для диапазона СВ это будет ферритовая антенна, а для УКВ — штыревая телескопическая антенна.

1. Эскизный расчет радиоприемника

1. 1 Выбор структурной схемы приемника

приемник звуковой вещание

В супергетеродинном приемнике несущая частота принимаемого сигнала с помощью преобразователя частоты (ПЧ) преобразуется (обычно понижается) без изменения закона модуляции. Полученный таким образом сигнал усиливается напряжением промежуточной частоты (УНПЧ) и подводится к детектору (Д). Сравнительно простыми техническими средствами промежуточную частоту супергетеродинного приемника можно сделать одинаково (постоянной) для принимаемых сигналов в достаточно широком диапазоне рабочих частот. Благодаря этому в каскад УНПЧ оказывается возможным применять сложные избирательные системы, обеспечивающие гораздо лучшую избирательность, чем одиночные контура. Кроме того, подбирая (снижая) промежуточную частоту, можно достаточно хорошо согласовать полосу пропускания тракта УНПЧ с шириной спектра принимаемого сигнала.

Так как супергетеродинный приемник при фиксированной настройке принимает не только полезный сигнал, на который он настроен, но и сигнал, имеющие другие частоты. Поэтом для повышения чувствительности и селективности приемника применяют много кратное преобразование частоты. Исходя из выше сказанного, будем проектировать приемник по супергетеродинной схеме с однократным преобразованием частоты. Возможная структурная схема супергетеродинного приемника приведена на рис. 1.1 (взяли типовую схему радиовещательного приемника III класса).

Рис. 1. 1

Описание структурной схемы

ВЦ — входная цепь; ВЦ-АМ — входная цепь АМ; УРЧ — усилитель радиочастоты; С — смеситель; Г — гетеродин; УПЧ-ЧМ — усилитель промежуточной частоты ЧМ; Г-АМ — гетеродин АМ; УПЧ ЧМ-АМ — усилитель промежуточной частоты ЧМ-АМ; АД — амплитудный детектор; УНЧ — усилитель низкой частоты; ЧД — частотный детектор.

1.2 Разделение диапазона частот на поддиапазоны

Диапазон рабочих частот приемника разделяют на поддиапазоны в том случае, если коэффициент перекрытия диапазона больше коэффициента перекрытия диапазона применяемых резонансных систем с переменной настройкой. Если для СВ и для УКВ, то разбивка заданного диапазона на поддиапазоны не требуется.

В нашем случае для СВ:

для УКВ:

(разбивку делать не надо)

1.3. Расчет полосы пропускания линейного тракта приемника

1.3.1 Амплитудная модуляция

Ширина спектра радиочастот принимаемого сигнала определяется по формуле (1).

----,(1)

где — верхняя (максимальная) частота модуляции.

В нашем случае Fв =4000 Гц, следовательно

.

Следует учесть, что ширина полосы пропускания ЛТП (2) складывается из ширины спектра радиочастот принимаемого сигнала (ПС), доплеровского смещения частоты сигнала (??fд) и запаса полосы, требуемой для учета нестабильности и неточностей настроек приемника (ДfЗАП).

П = ПС + ДfЗАП + 2 ДfД (2)

Так как, проектируется стационарный вещательный приемник, то, очевидно, что fд=0.

Величина Пнс определяется из выражения (3).

fЗАП = 2 ,(3)

где, fС и fГ — нестабильности частот сигнала fС и гетеродина fГ соответственно;

fН и fП — неточности настроек частот гетеродина fГ и УПЧ fП.

По таблице 1.1 из [ 1 ] определяем абсолютную нестабильность частоты сигнала fс Для этого полагаем, что передатчик имеет кварцевую стабилизацию частоты и относительную нестабильность по частоте 10−6, тогда абсолютная нестабильность будет равна

дсfc = 10−6fc. макс = 10−6 1,6106 = 1,6 Гц.

Полагаем, что гетеродин не имеет кварцевой стабилизации, тогда из таблицы 1.1 из [1] выбираем значение относительной нестабильности гетеродина 10−4. Тогда абсолютная нестабильность частоты гетеродина, при fпр = 0,465 Мгц, равна:

.

Погрешности настройки приемника и тракта промежуточной частоты полагаем равными нулю, поскольку при ручной настройке с индикацией по звуку эти ошибки очень малы.

Тогда получим:

fЗАП = Гц.

Общая требуемая полоса тогда будет равна

П=Пс + fЗАП = =8•103+414=8,4 кГц.

У нас общая полоса приемника не намного больше полосы сигнала (П> ПС) значит применение АПЧ не обязательно.

4.2. Частотная модуляция

Определим индекс модуляции, где? fm max — максимальная девиация частоты.

.

При m<4 ширина спектра радиочастот принимаемого сигнала определяется по формуле:

.

Аналогично случаю с АМ определим ширину полосы пропускания ЛТП по формуле (2).

Очевидно, что fд=0. Далее по формуле (3) рассчитаем. Так же как и в случае АМ полагаем, что передатчик имеет кварцевую стабилизацию частоты, следовательно, его нестабильность равна 10−4, а абсолютная нестабильность

дсfc 10−6fc. макс = 10−6 73 106 = 73 Гц.

По таблице 1.1 из [1] определяем относительную нестабильность гетеродина, она равна 10−5. Выбираем стандартную промежуточную частоту fпр = 10,7 МГц, тогда имеем

дгfг = 10−6 (fcмах + fпр) кГц

Погрешности настройки приемника полагаем равными нулю т.к. настройка на сигнал ручная.

Тогда

fЗАП = 2

fЗАП кГц

Определим результирующую ширину полосы пропускания ЛТП

П=184,64+167,4=352,04 кГц.

При применении АПЧ с коэффициентом автоподстройки (КАПЧ) полоса уменьшается и определяется как

Уменьшение полосы облегчает реализацию избирательности по соседнему каналу, повышает помехоустойчивость приемника и поэтому является желательным и необходимым.

Выбираем КАПЧ=10…20. Пусть КАПЧ=15, тогда

.

1.4 Выбор первых каскадов, обеспечивающих требуемую чувствительность приемника

Определив необходимую полосу линейного тракта П, необходимо перейти к выбору первых каскадов приемника, обеспечивающих требуемую чувствительность.

Так как при увеличении частоты сигнала чувствительность обеспечить трудно, то поэтому проверяем реализуемость заданной чувствительности на максимальной частоте сигнала.

Для диапазонов ДВ, СВ, КВ чувствительность приемника ограничена внешними шумами (промышленными и атмосферными) и собственными шумами.

По условию ТЗ реальная чувствительность задана в виде величины ЭДС сигнала в антенне, поэтому допустимая величина коэффициента шума равна:

(1. 9)

где — шумовая полоса линейного тракта:

; (1. 10)

k — постоянная Больцмана, равная ,

Т0- стандартная температура приемника в градусах по Кельвину:

Т0=290 K;

hД- действующая высота приемной антенны

RA- внутреннее сопротивление приемной антенны.

Выберем параметры антенн hД и RA из таблицы 4.2 [2, стр. 18]. Поскольку для диапазона CВ была выбрана ферритовая антенна, у которой hД =0. 008 м, RA =15 Ом.

Для диапазона УКВ — 1 была выбрана штыревая телескопическая антенна, параметры которой hД=0.5 м, RA =25 Ом.

Напряженность поля внешних помех на максимальной частоте диапазона выбираем из графика.

Рис. 1. 2

CВ: ЕП=250 мкВ/м,

УКВ — 1:: ЕП=4.5 мкВ/м.

Шумовая полоса линейного тракта равна:

CВ: ПШ кГц,

УКВ — 1: кГц.

В соответствии с [1], требуемое входное отношение сигнал/помеха при АМ определяется следующей формулой:

, (1. 11)

где — минимальное допустимое отношение сигнал/помеха на выходе приемника. При А М в радиовещательных приемниках или;

— пик-фактор модулирующего значения напряжения к действующему (при sin модуляции);

; (1. 12)

mа- максимальный коэффициент модуляции сигнала.

Вычислим по формуле (1. 12) полосу пропускания УНЧ для диапазонов CВ и УКВ — 1:

CВ: ,

УКВ — 1:.

Входное соотношение сигнал/помеха для диапазона CВ будет равно:

CВ: гвх

Величину при ЧМ в радиовещательных приемниках подсчитываем по формуле:

(1. 13)

В (1. 13) — минимально допустимое отношение сигнал/помеха на выходе приемника. При Ч М в радиовещательных приемниках или.

— индекс частотной модуляции, для нашего случая он равен 5:

mчм=5.

Входное соотношение сигнал/помеха для УКВ — 2 равно:

гвх.

После вычисления входных соотношений сигнал/помеха, определим по формуле (1. 9) допустимый коэффициент шума на максимальной частоте каждого диапазона:

CВ: NД ,

УКВ — 1: NД.

Получили, что в наших диапазонах. Это говорит о том, что уровень внешних помех на входе приемника оказывается больше приведенного к входу уровня шумов приемника. Следовательно, чувствительность приемника ограничена внешними помехами, поэтому бесцельно снижать коэффициент шума приемника путем введения УРЧ только для этой цели. В этом случае с точки зрения обеспечения заданной чувствительности, первым каскадом приемника после входной цепи может быть преобразователь частоты.

Даже если пренебречь влиянием внешних помех и положить в (1. 9) ЕП=0, величина NД получается настолько большой, что заданную чувствительность можно обеспечить, не применяя специальных мер по уменьшению коэффициента шума приемника.

1.5 Выбор средств обеспечения избирательности приемника

Известно, что преселектор, состоящий из входной цепи (ВЦ) и усилителя рабочих частот, определяет избирательность радиоприемника по зеркальному каналу и по каналу прямого прохождения.

Основная избирательность по соседнему каналу обеспечивается в усилителе промежуточной частоты (УПЧ).

1.5.1 Определение избирательности по зеркальному каналу

Избирательность по зеркальному каналу определяет в наиболее худших условиях, т. е. на максимальной частоте диапазона.

Произведем распределение заданной в ТЗ неравномерности кривой верности, т. е. неравномерности частотной характеристики всего приемника по звуковому давлению, по каскадам проектируемого приемника.

Неравномерность линейной части приемника (т.е. линейного тракта) в пределах установленной полосы частот П определяется по формуле:

, (1. 14)

где — заданная неравномерность частотной характеристики приемника;

— неравномерность частотной характеристики УНЧ (в области звуковых частот);

— неравномерность частотной характеристики акустической системы (АС);

— неравномерность частотной характеристики детектора.

Вычисление по формуле (1. 14) будем производить с учетом рекомендуемых значений:

,

, (1. 15)

.

Выберем из (1. 15) значения неравномерности для УНЧ, АС и Д:

CВ: дБ,

,

,

, откуда:

.

УКВ — 2: ,

,

,

, откуда:

.

Полученную величину неравномерности линейного тракта распределяем между преселектором и УПЧ следующим образом:

,. (1. 16)

CВ: ,.

УКВ — 2: ,.

Выбираем предварительно вариант построения структурной схемы преселектора.

Для АМ-тракта возьмем самую простую схему:

Рис 1.3. Структурная схема преселектора.

K — одиночный резонансный контур,

Э — усилительный элемент.

Для выбранного ослабления на краях полосы пропускания по графику рис. 1.4 определяем значение обобщенной расстройки для выбранного типа и числа контуров. Так как на этом рисунке значения заданы в линейных единицах (разах), то необходимо выполнить пересчет полученных результатов в дБ по следующей формуле:

, откуда: (1. 17)

CВ: ,

Определенные по графику значения:

CВ: опрес=1,33,

Теперь для минимальной частоты диапазона fmin вычислим минимально допустимое эквивалентное затухание нагруженных контуров тракта преселектора:

. (1. 18)

CВ: dэп ,

В таблице 4.3 [2, стр. 22] приведены значения минимально достижимых величин затухания контуров dэпmin для различных частот. Произведем сравнение величин dэп и dэпmin для каждого из наших диапазонов:

СВ: dэп =0. 015> dэпmin =0. 004,

Для диапазона СВ получили, что, поэтому эквивалентное затухание контура принимаем равным 0. 012.

Обобщенную расстройку по зеркальному каналу вычислим по формуле:

(1. 19)

где dЭП — эквивалентное затухание контуров преселектора с учетом потерь, вносимых источником сигналов и нагрузкой;

fЗК- частота зеркального канала, которая равна:

— при верхней настройке гетеродина,

— при нижней настройке гетеродина,

fС — максимальная частота поддиапазона, т. е. избирательность в худших условиях.

CВ: оэк дБ,

Для выбранной схемы преселектора и полученного значения по графику рисунка 1. 5, определяем избирательность по зеркальному каналу:

CВ: уэк=35дБ < 60 дБ;

заданная в ТЗ избирательность по зеркальному каналу не обеспечена. Выберем новую схему преселектора и сделаем новый расчет:

Рис 1.6. Структурная схема преселектора.

Для выбранного ослабления на краях полосы пропускания по графику рис. 1.4 определяем значение обобщенной расстройки для выбранного типа и числа контуров.

CВ: ,

Определенные по графику значения:

CВ: ,

Теперь для минимальной частоты диапазона fmin вычислим минимально допустимое эквивалентное затухание нагруженных контуров тракта преселектора:

.

CВ: dэп ,

СВ: dэп =0. 0092> dэпmin =0. 004,

Для диапазона СВ получили, что, поэтому эквивалентное затухание контура принимаем равным 0. 0092.

Вычислим обобщенную расстройку по зеркальному каналу:

CВ: оэк дБ,

Для выбранной схемы преселектора (рис. 1. 6) и полученного значения по графику рис. 1. 5, определяем избирательность по зеркальному каналу:

CВ: уэк=66. 5дБ > 60 дБ;

заданная в ТЗ избирательность по зеркальному каналу обеспечена.

Сделаем аналогичный расчет для ЧМ-тракта. Так как по ТЗ для диапазона УКВ-1неодходима большая избирательность то выберем более сложную схему:

Рис 1.7. Структурная схема преселектора.

Для выбранного ослабления на краях полосы пропускания по графику рис. 1.4 определяем значение обобщенной расстройки для выбранного типа и числа контуров.

, откуда:

УКВ — 1:.

Определенные по графику значения:

УКВ — 1: опрес=0,52.

Теперь для минимальной частоты диапазона fmin вычислим минимально допустимое эквивалентное затухание нагруженных контуров тракта преселектора:

.

УКВ — 1: dэп.

Произведем сравнение величин dэп и dэпmin:

УКВ -1: dэп =0. 0057< dэпmin =0. 007.

В диапазоне УКВ — 1 получили:. Поэтому эквивалентное затухание контура в этом диапазоне примем равным 0. 007.

Обобщенную расстройку по зеркальному каналу вычислим по формуле:

УКВ — 1: оэк дБ.

Для выбранной схемы преселектора (рис. 2) и полученного значения по графику рисунка 4.4 [2, стр. 25], определяем избирательность по зеркальному каналу:

УКВ — 1: уэк=67. 5дБ > 65 дБ;

заданная в ТЗ избирательность по зеркальному каналу обеспечена.

1.5.2 Определение избирательности по каналу прямого прохождения.

Частота канала прямого прохождения равна промежуточной частоте fпр, поэтому избирательность по каналу прямого прохождения выбранного преселектора определяем на частоте сигнала, ближайшей к fпр. Для средневолнового диапазона — это частота равна 0. 465 МГц, а для УКВ -1 она равна 63,3 МГц.

Используем одноконтурное входное устройство с индуктивной связью.

Для расчета избирательности по каналу прямого прохождения используем следующую формулу:

, (1. 20)

где n — число контуров преселектора, в нашем случае n=3,

dЭ- эквивалентное затухание контуров преселектора, расчет которого был произведен по формуле (1. 18) ранее.

СВ: упкдБ,

УКВ — 1: упк дБ.

В обоих диапазонах заданная избирательность по каналу прямого прохождения обеспечена.

1.5.3 Выбор средств обеспечения избирательности по соседнему каналу

Основная избирательность по соседнему каналу обеспечивается в усилителе промежуточной частоты (УПЧ). Селективная система УПЧ должна удовлетворять требованиям к полосе пропускания (с заданным ослаблением на краях) и избирательности по соседнему каналу. Различают УПЧ с распределенной и сосредоточенной избирательностью. В последнем случае избирательность обеспечивается фильтром сосредоточенной избирательности (ФСИ), иначе фильтром сосредоточенной селекции (ФСС).

Применение УПЧ с распределенной избирательностью может быть целесообразно в широкополосных приемниках, когда отсутствуют необходимые ФСИ или трудно получить необходимое усиление, используя апериодические каскады.

Построение качественных ФСИ возможно в том случае, если:

, (1. 21)

Условие (1. 21) выполняется, поэтому построение качественных ФСИ возможно.

Тип

Средняя частота полосы пропускания,

КГц

Селективность при расстройке 9 кГц, дБ, не менее

Затухание в полосе пропускания, дБ, не более

ПФ1П — 042

465 2

50

12

Этот фильтр обеспечивает нужную полосу, но избирательность по соседнему каналу недостаточно, всего 50 дБ вместо требуемых 75 дБ. Для разрешения этого противоречия нужно включить два фильтра последовательно.

1. 6 Расчет требуемого усиления линейного тракта. Распределение усиления по каскадам

Коэффициент усиления линейного тракта приемника (до детектора) определяют по формуле:

, (1. 23)

где UВХ. Д — напряжение сигнала на входе детектора,

КЗ — коэффициент запаса,

ЕА- чувствительность приемника, указанная в ТЗ.

Напряжение на входе диодного детектора UВХ. Д для обеспечения линейного детектирования должно составлять (0.5 — 1) В.

Коэффициент запаса КЗ учитывает разброс параметров электронных приборов, неточность сопряжения контуров измерения чувствительности. Обычно принимают КЗ =1.5 — 3.

Примем равным:

СВ: КЗ =2

УКВ — 1: КЗ =2

Напряжение на входе диодного детектора примем равным 0.5 В для обоих диапазонов.

Коэффициент усиления линейного тракта равен:

СВ: КЛТ ,

УКВ — 2: КЛТ.

Полученное значение коэффициента усиления распределяем по каскадам:

, (1. 24)

где КВЦ, КУРЧ, КПЧ и КУПЧ- коэффициенты усиления входной цепи, усилителя рабочей частоты, преобразователя и усилителя промежуточной частоты соответственно.

При предварительном расчете можно задаться следующими коэффициентами передачи каскадов:

входная цепь 2 — 5;

резонансный УРЧ:

в диапазоне СВ 25 — 50,

в диапазоне УКВ 7 — 15,

преобразователь частоты 10 — 20,

одноконтурный УПЧ 30 — 50,

ФСИ 0.2 — 0.3.

Окончательный расчет выполняют после выбора электронных приборов.

1. 7 Проверка осуществимости АРУ

В радиоприемниках находят применение следующие способы автоматической регулировки усиления (АРУ):

изменением режима питания транзисторов по переменному току,

изменением коэффициента передачи нелинейного управляющего делителя напряжения,

изменением величины отрицательной обратной связи (ООС),

изменением (шунтированием) эквивалентного сопротивления нагрузки.

Различные варианты систем АРУ для бытовых радиоприемников подробно рассмотрены в [1].

При предварительном расчете системы АРУ производится ее выбор и определяется количество регулируемых каскадов высокой и промежуточной частоты. Путем анализа выбирается наиболее приемлемая схема для заданных технических условий.

Число регулируемых каскадов зависит от требуемого изменения коэффициента усиления приемника под действием АРУ, которое определяется выражением:

, (1. 25)

где — диапазон изменения входного сигнала,

— диапазон изменения выходного сигнала.

В выражении (1. 25) значения и следует подставлять в линейных единицах (в разах), а не в децибелах (как приведено в ТЗ). Для этого выполним пересчет по формуле (1. 17):

=2,61.

Число регулируемых каскадов АРУ определяется выражением:

, (1. 26)

где — изменение усиления на один регулируемый каскад. Обычно принимают равным 8…10.

Итак, получим: NАРУ. Округляем до большей величины, получаем, что необходимо иметь один регулируемый каскад.

2. Проектирование принципиальной электрической схемы

2.1 Выбор электронных приборов

В настоящее время для уменьшения массогабаритных параметров, увеличения надежности все больше применяют интегральные схеме универсального применения. Наибольшее распространение в радиовещательных приемниках получили ИМС 157, 174, 237 серий и их зарубежные аналоги.

В качестве элементной базы для проектируемого радиоприемника выберем ИМС: КА2297, К174УР10 и К174УН11.

При использовании интегральных микросхем рассчитываются только преселектор и контур гетеродина, а также выполняется расчет сопряжения настроек контуров преселектора и гетеродина. Элементы принципиальной схемы, которые не рассчитываются, выбираются на основе анализа принципа работы схемы и по справочным данным, по разработанным ранее промышленным приемникам или по рекомендуемым для выбранной интегральной схемы типовым схемам включения.

Разрабатываемая электрическая схема должна соответствовать рассчитанной структурной схеме приемника и ТЗ.

2. 2 Расчет входной цепи

2. 2.1 Расчет входной цепи для диапазона средних волн (СВ)

Используя данные, приведенные в [2, стр. 33], произведем выбор блока переменных конденсаторов:

Cмин =25пФ, Cмакс =500пФ.

Принимаем стандартный блок конденсаторов.

Определим требуемый коэффициент перекрытия диапазона с учетом запаса:

, (2. 1)

Кпд =3. 183.

Вычисляем максимальную допустимую неперестраиваемую емкость схемы входной цепи Cнп:

Ф (2. 2)

откуда Cнп =2.7 пФ.

Определяем коэффициент включения нагрузки.

Коэффициент трансформации (коэффициент включения нагрузки) n от контура к УРЧ определяют из условия, что вносимая в контур емкость со стороны входа первого усилительного каскада составляет не более 10 — 20% минимальной емкости Cpmin.

Коэффициент включения нагрузки n для каскадов на биполярных транзисторах определяют по формуле:

(2. 3)

где Свх =С11-С12К0 ,

К0 =3 — 5 — коэффициент усиления напряжения первого каскада УРЧ,

С11 и С12 — параметры выбранного транзистора.

Выберем транзистор ГТ322А, параметры которого С11 =35 пФ,

С12 =2 пФ, С22 =10 пФ, g11=1.6 мСм, g22 =50 мкСм.

Примем также коэффициент усиления напряжения первого каскада УРЧ равным 5: К0 =5.

Минимальная емкость Cпмин равна:

CPmin=CМИН+CL+CM+CПСР, (2. 4)

где -среднее значение емкости подстроечного (2. 5)

конденсатора для каскадов на биполярных транзисторах,

CL и CM — емкости катушки и монтажа соответственно.

Выберем из таблицы 5.4 [2, стр. 34] емкость монтажа равной CM = 5пФ, а емкость катушки равной CL =5пФ.

Пусть из таблицы 5.2 выбраны следующие значения подстроечного Спmax=15пФ, а Cпmin=2пФ [2, стр. 33].

Среднее значение емкости подстроечного конденсатора равно:

.

Минимальная емкость равна:

CPmin=25пФ+5пФ+5пФ+6. 5пФ=41. 5пФ.

Коэффициент включения нагрузки n для каскадов на биполярных транзисторах будет равен:

.

Выберем n=0.3.

Определяем требуемую емкость подстроечного конденсатора:

CП= Cнп — CL — CM — n2C11, (2. 6)

где n — коэффициент трансформации от контура к УРЧ.

CП=27пФ-5пФ-5пФ-0. 09*35пФ=13. 85 пФ.

Проанализируем величину емкости подстроечного конденсатора CП.

Для этого необходимо вычислить соотношение:

D=CL + CM + n2C11, (2. 7)

D=5пФ+5пФ+0. 09*35пФ=13. 15 пФ.

Величина CП положительна и сравнима с величиной D, вычисленной по формуле (2. 7). Поэтому можно сделать вывод, что выбранный переменный конденсатор обеспечивает заданное перекрытие.

Требуемая индуктивность определится выражением:

, (2. 8)

где FMAX -МГц, С-пФ, L-мкГн.

мкГн.

Дальнейший расчет будем производить с учетом вида связи контура с антенной.

2.2.2 Расчет входной цепи для диапазона ультракоротких волн (УКВ — 1)

Аналогично пункту 2.1.1 произведем расчет входной цепи для диапазона УКВ — 1.

Используя данные, приведенные в [2, стр. 33], произведем выбор блока переменных конденсаторов:

Cмин =7пФ, Cмакс =17пФ.

Принимаем стандартный блок конденсаторов.

Определим требуемый коэффициент перекрытия диапазона с учетом запаса:

,

Кпд =1. 17.

Вычисляем максимальную допустимую неперестраиваемую емкость схемы входной цепи Cнп:

Ф

откуда Cнп =22. 89пФ.

Определяем коэффициент включения нагрузки.

Коэффициент трансформации (коэффициент включения нагрузки) n от контура к УРЧ определяют из условия, что вносимая в контур емкость со стороны входа первого усилительного каскада составляет не более 10 — 20% минимальной емкости Cpmin.

Коэффициент включения нагрузки n для каскадов на биполярных транзисторах определяют по формуле:

где Свх =С11-С12К0 ,

К0 =3 — 5 — коэффициент усиления напряжения первого каскада УРЧ,

С11 и С12 — параметры выбранного транзистора.

Выберем транзистор ГТ322А, параметры которого С11 =35 пФ,

С12 =2 пФ, С22 =10 пФ, g11=1.6 мСм, g22 =50 мкСм.

Примем также коэффициент усиления напряжения первого каскада УРЧ равным 5: К0 =5.

Минимальная емкость C Pмин равна:

CPmin=CМИН+CL+CM+CПСР ,

где -среднее значение емкости подстроечного

конденсатора для каскадов на биполярных транзисторах,

CL и CM — емкости катушки и монтажа соответственно.

Выберем из таблицы 5.4 [2, стр. 34] емкость монтажа равной

CM = 5. 5пФ, а емкость катушки равной CL =3пФ.

Пусть из таблицы 5.2 выбраны следующие значения подстроечного Спmax=2пФ, а Cпmin=0. 6пФ [2, стр. 33].

Среднее значение емкости подстроечного конденсатора равно:

.

Минимальная емкость равна:

CPmin=7пФ+3пФ+5. 5пФ+0. 7пФ=16. 2пФ.

Коэффициент включения нагрузки n для каскадов на биполярных транзисторах будет равен:

.

Выберем n=0. 27.

Определяем требуемую емкость подстроечного конденсатора:

CП= Cнп — CL — CM — n2C11 ,

где n — коэффициент трансформации от контура к УРЧ.

CП=22. 89пФ-3пФ-5. 5пФ-0. 073*35пФ=11. 84пФ.

Проанализируем величину емкости подстроечного конденсатора CП.

Для этого необходимо вычислить соотношение:

D=CL + CM + n2C11 ,

D=3пФ+5. 5пФ+0. 073*35пФ=11. 05пФ.

Величина CП положительна и сравнима с величиной D, вычисленной по формуле (2. 7). Поэтому можно сделать вывод, что выбранный переменный конденсатор обеспечивает заданное перекрытие.

Требуемая индуктивность определится выражением:

,

где FMAX -МГц, С-пФ, L-мкГн.

мкГн.

Дальнейший расчет будем производить с учетом вида связи контура с антенной.

2.2. 3 Рассчитаем входную цепь с ферритовой (магнитной) антенной и трансформаторной связью с УРЧ

Произведем выбор коэффициента связи. Его величина ограничена конструктивными факторами.

Выберем однослойную катушку, для которой. Коэффициент связи выберем равным Ксв =0.4.

Определим индуктивность катушки связи:

, (2. 9)

где dЭ- эквивалентное затухание нагруженного контура, значение которого определяется по формуле (1. 18),

dK — затухание ненагруженного контура, величина которого определяется конструкцией катушки:

. (2. 10)

Пусть QK =80 (выбрано из справочной литературы), тогда dK =0. 013.

Индуктивность катушки связи равна:

Lсв мкГн.

Эквивалентная добротность ВЦ будет равна:

, (2. 11)

QЭ =66. 67.

Требуемая индуктивность определяется по формуле (2. 8) и равна L=190мrГн.

Коэффициент трансформации равен:

, (2. 12)

.

Для вычисления необходимого напряжения сигнала на входе первого активного каскада при известной напряженности поля на входе ВЦ с ферритовой антенной E [мкВ/м] коэффициент передачи ВЦ на нижней частоте диапазона определяется как:

, (2. 13)

где h0fmin = 0. 0068 м на частоте 525 кГц,

Квц.

Количество витков контурной катушки определяется по формуле:

, (2. 14)

где D-диаметр намотки,

D=1. 1*d0, (2. 15)

где d0 — диаметр ферритового стержня, величина которого 8 мм для длины стержня L= 200 мм,

qL — коэффициент, равный:

, (2. 16)

-действующая магнитная проницаемость сердечника.

Произведем расчет вышеуказанных величин:

D=1. 1*0. 008=0. 088 м,

qL =0. 008/0. 088=0. 909.

Значение величины действующей магнитной проницаемости сердечника определим по рис 4.1 [3, стр. 53], предварительно задавшись величиной и значением начальной магнитной проницаемости.

При значении начальной магнитной проницаемости и величине, равной 11. 364, величина действующей магнитной проницаемости сердечника равна.

Коэффициент L`, зависящий от удлинения, определим по рис 4.2 [3, стр. 54]:

L`=0. 015.

Коэффициент mL зависит от отношения длины намотки a к длине стержня l. Значение mL =0. 38 для.

Коэффициент pL учитывает смещение центра катушки относительно середины стержня (для обеспечения подстройки индуктивности перемещением катушки вдоль стержня). Смещение имеет величину порядка (0.2 — 0. 3)*l при значении pL =0.8 — 0.9.

Вычислим величину количества витков контурной катушки:

.

Число витков катушки связи равно:

, (2. 17)

.

Коэффициент передачи ВЦ на верхней частоте поддиапазона:

, (2. 18)

где действующая высота hд на верхней частоте поддиапазона hдfmax определяется по формуле:

, (2. 19)

hдfmax =123. 4А2.

Коэффициент передачи ВЦ на верхней частоте равен:

КВЦ=15. 405А2.

2.2. 4 Рассчитаем одноконтурную входную цепь c трансформаторной связью с антенной

Произведем выбор режима входного устройства. В зависимости от значения индуктивности катушки связи могут быть два режима работы входного устройства:

— режим удлинения при, соответствующий понижению собственной частоты антенной цепи. Этот режим обеспечивает равномерность коэффициента передачи по диапазону;

режим укорочения при.

Выбрав режим удлинения, определяем коэффициент удлинения:

. (2. 20)

При малых значениях увеличивается коэффициент передачи напряжения входной цепи и его непостоянство при настройке на разные частоты поддиапазона (неравномерность).

Выберем, тогда собственная частота антенной цепи из (2. 20) равна f0A =32. 9МГц.

Определим индуктивность катушки связи.

Значение индуктивности катушки связи LСВ для режима удлинения рассчитывают из условия обеспечения резонанса антенной цепи на частоте f0A:

, (2. 21)

где LA можно принять равным нулю,

qC, qL -коэффициенты разброса параметров антенн, значения которых следует выбирать в пределах 1.2 — 2.0. чем ниже рабочая частота, тем меньше необходимо брать значения q.

Примем qC =2, qL =1. 5, СА=250пФ.

Вычисленное значение LСВ =0. 28мкГн.

Минимальное значение оптимального коэффициента связи для режима удлинения, соответствующего режиму согласования, равно:

, (2. 22)

где, (2. 23)

, (2. 24)

где dсв =0. 01 — 0. 03.

Выберем dсв =0. 02, тогда

rСВ =,

QАЦ.

Эквивалентная добротность ВЦ определяется как:

, (2. 25)

, (2. 26)

где без учета входной проводимости транзистора

GЭ=m2GA+GK. (2. 27)

Если задаться m=0.2 — 0. 3, то тогда:

. (2. 28)

Зададимся rk=100 Ом, LЭ=750 мкГн, тогда:

GЭ =0. 014, QЭ=0. 422.

Минимальное значение оптимального коэффициента связи равно:

kСВmin=1. 643.

Найдем значение взаимоиндукции:

, (2. 29)

откуда можно уточнить значение m:

m=M/LK. (2. 30)

Выбрав значение m=0. 25, определим значение взаимоиндукции:

M=2. 683*10−7.

Резонансный коэффициент передачи напряжения для режима удлинения определяют для трех частот диапазона:

, (2. 31)

где f0 — частота настройки входного контура.

Вычисленные значения KВЦ для трех частот диапазона соответственно:

KВЦ (f=fmin)=0. 537,

KВЦ (f=fср)=0. 518,

KВЦ (f=fmax)=0. 502.

2. 3 Расчёт сопряжения контуров входной цепи и гетеродина

Сразу учтем, что fГ < fС, сопряжение осуществляют путём включения добавочных конденсаторов во входной контур (рис. 2. 1)

Рис. 2.1.

Для АМ — тракта значение С1 возьмем меняющимся в пределах от 25 до 500 пФ, С2 — примем равным 750 пФ, С3=17 пФ, LГ=285 мкГн.

Расчёт сопряжения контуров преселектора и гетеродина выполняется чаще всего на трёх частотах.

Вычисляют отношение

n=fПР/fСР,

где fПР — промежуточная частота, для АМ — тракта 465 кГц;

для ЧМ — тракта 10,7 МГц.

— средняя частота сигнала;

fС MAX, fC MIN - максимальная и минимальная частоты сигнала соответственно.

По графику, (рис. 2), определим ёмкость конденсатора С2, включённого последовательно в контур гетеродина, а по графику, на рис. 3, определим ёмкость конденсатора С3, включённого параллельно в контур гетеродина.

Рис. 2. 2

Рис. 2. 3

Для АМ — тракта значение С1 возьмем меняющимся в пределах от 25 до 500 пФ далее по графикам найдем С2 и С3.

С2 — примем равным 720 пФ, а С3=17 пФ Определим среднюю частоту поддиапазона МГц

Далее по графику, на рис. 2. 4, определим коэффициент б; б=0,7

Теперь определим значение индуктивности контура.

получим

мкГн

Рис. 2. 4

Так как мы знаем параметры контуров входной цепи и гетеродина, можно вычислить их резонансные частоты в нескольких точках и построить кривую сопряжения настроек ВЦ и гетеродина.

Построим график сопряжения настроек ВЦ и гетеродина

Рис. 2. 5

Из графика видно что выбранные конденсаторы обеспечивают заданную перестройку по частоте.

Для ЧМ — тракта значение С1 возьмем меняющимся в пределах от 20 до 60 пФ

тогда С2=90 пФ; а С3=3 пФб=0,82 Средняя частота поддиапазона равна МГц

получим

мкГн

Также построим график сопряжения настроек ВЦ и гетеродина.

Рис. 2. 6

Из графика видно что выбранные конденсаторы обеспечивают заданную перестройку по частоте.

Принцип работы

Микросхема КА2297 предназначена для работы с АМ и ЧМ сигналами. В левом положении переключателя S1 работает АМ тракт, сигнал принятый магнитной антенной, которая соединена трансформаторной связью, поступает на УВЧ АМ тракта ИМС, далее он передается на смеситель. Частота гетеродина больше частоты сигнала. Гетеродин с помощью контура С3, L3 связан с антенной. В ИМС КА2291 внутренний ФСС не предусмотрен, поэтому для АМ тракта, чтобы выполнить требования технического задания по избирательности, он сделан на двух пьезокерамических фильтрах ПФ1П-042, между которыми, для согласования, включена ИМС DA2 К174УР10. Далее сигнал поступает на УПЧ, а с него на амплитудный детектор. Детектор связан с ЦАРУ, которые находятся внутри КА2297. АРУ связана с УПЧ и со смесителем. Продетектированный сигнал поступает на УНЧ, который собран на ИМС DA3 К174УН11.

В правом положении переключателя S1 работает ЧМ тракт. Штыревая антенна связана с ИМС с помощью трансформаторной связи через контур L5, C10, с которого сигнал поступает на УВЧ, а после на смеситель. Гетеродин связан с антенной с помощью контуров С13, L6 и C14, L7. Внутренний ФСС, также как и в АМ тракте, отсутствует, поэтому он сделан на внешнем пьезофильтре ПФ1П-049а. С ФСС сигнал поступает на УПЧ, и далее на ЧД. При этом УПЧ работает как усилитель-ограничитель, поэтому в ЧМ тракте отсутствуют цепи АРУ, а ЧМ как квадратурный детектор. Продетектированный сигнал поступает на УНЧ.

Заключение

В результате выполнения данного курсового проекта был спроектирован стационарный приемник звукового вещания, разработаны функциональная, принципиальная электрическая схема Требования, предъявленные в ТЗ, были удовлетворены.

В результате расчета был произведен подбор элементов, входящих в состав приемника: для настройки приемника были применены варикапы, а в качестве АЭ — интегральные микросхемы, причем использовалась широкополосная микросхема, объединяющая АМ и ЧМ тракты.

Литература

1. Проектирование радиоприемных устройств.; Под ред. А. Н. Сиверса. М.: Сов. Радио, 1976. 485 с. ил.

2. Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств. / М. К. Белкин и др. Киев: Выш. шк. Головное изд-во, 1988. 472 с. ил.

3. Банк М. У. Параметры бытовой приемно-усилительной аппаратуры и методы их измерения. М.: Радио и связь. 1982. 137 с. ил.

4. Диоды, тиристоры, транзисторы и микросхемы. Справочник. Б. Ф. Бессарабов — Воронеж: ИПФ «Воронеж», 1994 г.

5. «Чип и Дип». Каталог 2000. Москва: издательство «Ремонт и Сервис», 2000 г., 288 с.

6. Энциклопедия ремонта: «Микросхемы для аудио и радиоаппаратуры», выпуск 19. М. :Дом «Додека 19». 2001. 283 с.

Приложение

Микросхемы

Микросхема КA2297 -многофункциональная микросхема АМ и ЧМ диапазонов. Предельные эксплуатационные параметры

Uи. п, В…1. 8…7 B

Iпот, мА… ?14. 0

Ку. U, дБ… ?40

Кш, дБ???10

Назначение выводов:

1. Вход УВЧ тракта ЧМ

2. Общий вывод

3. Выход смесителя ЧМ

4. Выход смесителя АМ

5. Выход детектора АРУ

6. Напряжение питания

7. Вход УПЧ АМ

8. Вход УПЧ ЧМ

9. Общий вывод

10. Резонатор детектора ЧМ

11. Выход детекторов

12. Колебательная система гетеродина АМ

13. Колебательная система гетеродина ЧМ

14. Переключатель режима АМ/ЧМ

15. Выход УВЧ тракта ЧМ

16. Вход УВЧ тракта АМ

Микросхема К174УР10 назначение выводов

1 — питание (+Uи. п); 2,3 — выходы; 5 — вход; 6 — питание (-Uи. п)

Предельные эксплуатационные параметры

Uи. п, В…12±1,2

Iпот, мА… 15…35

Ку. U, дБ…21…30

Uвх max, мВ…300

Рmax, мВт…530

Микросхема К174УН11

Усилитель мощности низкой частоты с номинальной выходной мощностью 15 Вт при нагрузке 4 Ом. Функциональный состав: I — входной каскад; II — усилительный каскад; III — мощный выходной каскад; IV — тепловая защита; V — защита от короткого замыкания.

Назначение выводов:1 — питание (+Uи. п); 2,4,6,11,13 — не подключены; 3,12 — выводы задания режима; 5 — (-Uи. п) при двухполярном питании, общий при однополярном; 7 — неинвертирующий вход; 8 — инвертирующи вход; 9,10 — коррекция; 14 — выход.

Предельные эксплуатационные параметры

Uи. п, В…±17

Iпот, мА… 100

Кг, %… 1

Uвх, А max, мВ…100

Рmax, Вт…15

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой