Расчет ЧМ РХК на ІМС

1. Вибір блок-схемы приемника.

2. Попередній розрахунок посилення ЧМ на ІМС приемника.

3. Розрахунок резонансної системи задля забезпечення избирательности.

4. Вибір ІМС, яка у ролі УВЧ, перетворювача, УПЧ, ЧД,.

а як і попереднього УЗЧ.

5. Вибір ІМС, яка у ролі кінцевого УЗЧ.

Опис принципової схемы.

Список використовуваної литературы.

З розвитком радіоприймальної техніки підвищувалися вимоги до чутливості радіоприймача, для її смузі пропускання і вибірковості. Але ці вимоги обмежуються різними видами перешкод радиоприему, оскільки зі збільшенням коефіцієнта посилення приймача і підвищення смуги пропускання сприйнятливість приймача до перешкод зростає, отже, її реальне чутливість понижается.

Як свідчать теоретичні і експериментальні дослідження, застосування частотною модуляції передачі сигналів значною мірою послаблює дію перешкод на радіоприймач і підвищило б його реальну чутливість. І тут вдається поліпшити ставлення сигнал/шум не вдома приймача більш ніж 100 раз проти амплітудної модуляцією. Висока стійкість перед перешкодами одна із основних якостей частотною модуляции.

Зупинимося коротко загальних відомостях про частотно-модулированных коливаннях. Частотно-модулированными (ЧМ) коливаннями називаються коливання, амплітуда яких постійна, а частота змінюється згідно із законом, отображающему характер модулирующих низькочастотних сигналов.

Максимальне значення девіації частоти? fmax відповідне найбільшої амплітудою модулирующего сигналу, в радіомовлення прийнято рівним 75 кГц. Це означає, що корисний спектр, випромінюваний радіостанцією, займає смугу 150 кГц. Практично одній станції відводиться канал із шириною смуги 250 кГц. Використання ЧМ коливань за такої ширині каналу можна тільки буде в діапазоні УКВ.

Висока стійкість перед перешкодами приймачів ЧМ коливань пояснюється переважно тим, що амплітуда коливань при частотною модуляції зберігається постоянной.

Порівняємо співвідношення між сигналом і перешкодою на вході приймача при частотною модуляції і за амплітудної модуляції. Поклавши, що амплітуда частотно-модулированного сигналу дорівнює амплітудою амплитудно-модулированного (ГАМ) сигналу в останній момент її найбільшого значення (фіг. зліва) Інтенсивність впливу перешкоди на вході приймача в обох випадках вважаємо однаковою. Як очевидно з малюнка а), співвідношень між сигналом і перешкодою при ГАМ коливаннях безперервно змінюються. При великих амплітудах сигнал значно перевищує перешкоду і її вплив приймання незначно, і, навпаки, при малих амплітудах, сигнал може бути рівні перешкоди, й у разі перешкода перешкоджатиме нормальному прийому. Отже, задля забезпечення достатньої помехоустойчивости приймача при ГАМ коливаннях необхідно, щоб мінімальна амплітуда корисного сигналу перевищувала рівень перешкоди в достатню кількість раз. Цілком інше спостерігається прийому ЧМ коливань. З малюнка б) видно, що співвідношення між сигналом і перешкодою залишається незмінною за величиною зберігається настільки ж як у амплітудної модуляції в останній момент її наибольшей.

амплитуды.

Всі ці міркування сховані повністю причин підвищеної помехоустойчивости приймача ЧМ коливань. У цьому вся приймальнику щоб одержати максимального співвідношень між сигналом і перешкодою не вдома застосовують спеціальний електронний пристрій подолання перешкод і власних внутриприемных шумов.

Дія перешкод і шумів на корисний сигнал викликає у основному амплітудні зміни сигналу згідно із законом перешкод, т. е. відбувається амплітуда модуляція сигналу. Тому придушення перешкод в радіоприймачі досягається шляхом обмеження сигналу за амплітудою. Застосування обмеження при ГАМ коливаннях поруч із частковим усуненням амплітудних змін сигналу, викликаних перешкодами, порушує закону модуляції й у кінцевому підсумку призводить до нелінійним спотворень сигналу з найнижчої частоті. При ЧМ коливаннях дію амплитудного обмежника усуває всякі амплітудні зміни сигналу без порушення ними закону модуляції. Отже, амплітудна обмеження ефективне методом придушення перешкод при ЧМ коливаннях, унаслідок чого стійкість перед перешкодами приймача ще більше увеличивается.

Приймач ЧМ коливань характеризується особливостями, обумовленими відзнакою ЧМ коливань від ГАМ колебаний:

1) приймач ЧМ коливань працює у діапазоні УКВ;

2) смуга пропускання високочастотного каналу приймача (до детектора) має велику ширину.

Супергетеродинный приймач складається з: преселектора, що включає у собі вхідну ланцюг і підсилювача радіочастоти (УРЧ). Вхідні ланцюг має забезпечити деяку частотну вибірковість до входу першого каскаду УРЧ з єдиною метою ослаблення сильних перешкод. УРЧ має забезпечити частотну вибірковість й пожвавлення прийнятого сигналу, потужність якого на вході приймача набагато порядків менший від тієї, що необхідно для нормальної роботи відтворюючого устрою приемника.

Перетворювач частоти, складається з змішувача і гетеродина (РМ і ГЕТ).

Гетеродин — це малопотужний автогенератор. Змішувачце резонансний каскад. На вхід змішувача подається напруга з частотами сигналу fc і гетеродина fгЧерез війну взаємодії двох напруг різних частот в спектрі вихідного струму змішувача з’являється багато комбінаційних частот, зокрема і частота, рівна різниці цих частот. Величина разностной частоти повинна бути нижчою чи вище частоти радіосигналу, але вище частоти модуляції, тому його називають проміжної - fпр. Проміжна частота то, можливо равной:

fпр=fг — fс, при fг> fс.

fпр= fсfг, при fс> fг.

Відмінною рисою супергетеродинного приймача і те, що незалежно від частоти прийнятого сигналу проміжна частота постійна і вибирається те щоб забезпечити найменші перешкоди від близько розташованих за частотою станцій та отримати необхідну посилення і вибірність по сусідньому каналу Sск.

На проміжну частоту налаштована резонансна система, включена в вихідну ланцюг змішувача, що дозволяє за відповідного смузі пропускання виділити напруга сигналу проміжної частоти. Отже, призначення перетворювача залежить від перетворення частоти радіосигналу до іншої, проміжну частоту зі збереженням закону модуляции.

Підсилювач, яка підсилює сигнал проміжної частоти, називається підсилювачем проміжної частоти (УПЧ). Підсилювач проміжної частоти приймача ЧМ коливань на відміну приймача ГАМ коливань має забезпечити посилення сигналів в порівняно широкої смузі пропускання не більше 150—200 кГц і у ньому має бути більше каскадів, ніж у звичайному узкополосном підсилювачі проміжної частоты.

Зазвичай, у приймачах ЧМ коливань підсилювач проміжної частоти містить щонайменше трьох каскадів посилення. Величина проміжної частоти в приймачах вибирається не більше одиниць і десятків мегагерц. Для отримання високоякісного звучання смугу пропускання низькочастотного тракту зазвичай розширюють до 15 кГц.

Отже, в супергетеродинном приймальнику посилення складає трьох частотах: на радиочастоте, проміжної частоті й частоти модуляції, але в яких відбувається, називаються трактами радіочастоти проміжної частоти, низькою частоты.

Частотний детектор. У частотному детекторі сигнал, модульований за частотою, перетворюється на сигнал, модульований за амплітудою, і потім детектируется з допомогою звичайного амплитудного детектора. У середовищі сучасних приймачах ЧМ сигналів для частотного детектування широко застосовується так званий дробовий детектор. Основне перевагу дробового детектора у тому, що не реагує на амплітудні зміни сигналу, але це дозволяє вилучити з схеми приемника.

Малюнок 1 — Характеристика ЧД. амплітудна ограничитель.

Дії частотного детектора додатково пояснюються характеристикою, наведеної малюнку 1.

Підсилювач звуковий частоти (УЗЧ) доводить звуковий сигнал рівня який буде необхідний воспроизведения.

Стислі выводы:

1. Основним гідністю приймачів частотно-модулированных коливань був частиною їхнього висока помехоустойчивость.

2. Приймачі ЧМ коливань призначені прийому сигналів буде в діапазоні ультракоротких хвиль і характеризуються широкої смугою пропускання високочастотного канала.

3. Приймачі частотно-модулированных коливань переважно будуються по супергетеродинной схемою, у якої на відміну схем приймачів амплитудно-модулированных коливань є амплітудний обмежувач (коли потрібно) і частотний детектор.

4. Головна перевага супергетеродинного приймача у тому, що вона дозволяє забезпечити стійкий прийом слабких сигналів за умов інтенсивних помех.

5. Вища чутливість (Uвхmin=0,1−450мкВ) і велика вихідна потужність супергетеродинного приймача відрізняє його з інших приемников.

Попри вказане перевагу, супергетеродинные приймачі мають деякі недостатки:

1. Передусім головним недоліком цієї схеми є велика складність і трудність забезпечення постійної проміжної частоти fпр.

2. Наявність паразитного додаткового каналу прийому, званого дзеркальним чи каналом симетричній станції. Частота дзеркального каналу fзк відрізняється від частоти прийнятого сигналу fc на подвоєну значення проміжної частоти. Отже, супергетеродинный приймач буде одночасно приймати радіостанції, працівники частотах fc і fзк симетрично розташованих щодо частоти гетеродина fг.

Малюнок 2 — Вісь частот, яка у роботі супергетеродинного ЧМ приемника.

1. Вибір блок-схемы приемника.

У принципі так можливі два різних підходи до проектування УКВ-ЧМ приймача. Один використовує однократне, інший — подвійне перетворення частоти. За відносно високої проміжної частоті більшість транзисторів мають невеликим стійким посиленням та й круті схили резонансної кривою отримати важко. Це є недоліком однократного перетворення. Дворазове перетворення з низькою другий проміжної частотою виключає цю труднощі. Додатковим перевагою дворазового перетворення і те обставина, що це спільне посилення приймача розподіляється з кількох частотах. У цьому помітно зменшується небезпека самозбудження приймача через різні паразитні зв’язку. Для тісного монтажу в малогабаритних приймачах вказане перевагу особливо важно.

Однак у всеволновых мовних приймачах, містять також тракт ГАМ, застосування дворазового перетворення є зазвичай невиправданим через складність тракту ЧМ, оскільки неможливо використати комбіновані каскади АМ-ЧМ. Тому дворазове перетворення частоти можна рекомендувати, якщо потрібно отримати показники приймача вище, ніж на першому класу, тобто.> 36 дБ, крутість ската > 0,25 дБ/кГц.

За завданням до цього розрахунку, ці параметри равны:

= 23 дБ.

= 0,24 дБ/кГц.

Отже, спрощення схеми приймача, вибирається схема з однократним перетворенням частоты.

Малюнок 3 — Спрощена блок-схема ЧМ приймача з однократним преобразованием.

частоты.

2. Попередній розрахунок посилення ЧМ на ІМС приемника.

Необхідний коефіцієнт посилення напруги від входу приймача до входу частотного детектора визначається за такою формулою [1]:

К`общ = Kзап * Uвхчд / Uвхmin (1),.

де Kзап — коефіцієнт запасу, Kзап.

Uвхчд — вхідний напруга ЧД, В.

Uвхmin — чутливість РХК, мкВ.

Як частотного детектора вибирається дробовий детектор, відповідно до умові, що Uвхчд В.

Розрахунок формули (1):

К`общ. = Kзап * Uвхчд / Uвхmin = =.

Відповідно до знайденому К`общ і заданому частотного діапазону надалі вибиратися необхідний набір ІМС, який би всі функції РХК, виключаючи избирательность.

3. Задля більшої вибірковості розраховується резонансна система, які мають включатися до смесителя.

3.1 Визначення ширини смуги пропускання ЧМ РХК на ИМС.

3.1.1 Визначення індексу модуляції по формуле:

(2),.

де — девіація частоти, кГц.

— верхня (максимальна) частота модуляції, кГц.

Розрахунок формули (2):

= 10,7.

3.1.2 З умови, ширина смуги пропускання визначається по формуле:

(3),.

Розрахунок формули (3):

кГц.

Зазвичай вхідний контур преселектора виконують широкосмуговим з настроюванням на fср, котру визначаємо по формуле:

fср (4),.

де fср — середня частота робочого діапазону приймача, МГц.

f min — мінімальна частота робочого діапазону приймача, МГц.

f max — максимальна частота робочого діапазону приймача, МГц.

Розрахунок формули (4):

fср МГц.

3.2 Вхідні ланцюг, зазвичай, має фіксовану надстройку на среднюю.

частоту fср робочого діапазону, а смуга пропускання вхідний ланцюга дорівнює ширині діапазону f fmin — fmax. Згасання вхідний ланцюга d вх. ц. визначається по формуле:

d вх.ц. (5),.

Розрахунок формули (5):

d вх.ц. 0,032.

що він відповідає загасанню берегах смуги в 3 дБ.

3.3 Вибірковість по дзеркального каналу, яку забезпечує одиночний контур (ОК), розраховується за формуле:

(6),.

де — еквівалентну згасання одиночного контуру = d вх. ц.

fпр — проміжна частота, МГц.

Розрахунок формули (6):

дБ.

3.4 Вибірковість, забезпечувана ОК не достатня, тобто. <. Отже, розраховується відсутня вибірковість по формуле:>

(7),.

де — задана вибірковість по дзеркального каналу, дБ.

— вибірковість, забезпечувана одиночним контуром, дБ.

Розрахунок формули (7):

дБ.

можна забезпечити або резонансної навантаженням УРЧ, або у ролі вхідний ланцюга вибирають ДПФ.

3.5 Згасання контуру в навантаженні УРЧ визначається по формуле:

(8),.

попередньо переведемо кількаразово по формуле:

(9),.

Розрахунок формули (9):

0,875.

Розрахунок формули (8):

отримане згасання реально, т. к за умовою воно реально, якщо > 0,01. Следовательно,.

забезпечується резонансної навантаженням УРЧ.

Далі, вирішується питання про вибір схем наступних каскадів і вибираються відповідні ИМС.

4. Вибір ІМС, яка у ролі УВЧ, перетворювача, УПЧ, ЧД, а як і попереднього УЗЧ.

У виду те, що в необхідному розрахуватися діапазоні робочих частот, дуже важко погоджувати окремі каскади на ІМС, через застарілої елементної бази, як УВЧ, перетворювача, УПЧ, ЧД, а як і попереднього УЗЧ, застосовується ІМС К174ХА34 (аналог TDA7021) [3].

ІМС К174ХА34 включає у собі як і фільтр проміжної частоти (див. структурну схему малюнку 4). Також слід зазначити, що відсутні 1,5 дБ, складові (які забезпечуються вхідний ланцюгом і дружина мають забезпечуватися, із розрахунку, одиночним контуром), забезпечуються всередині ИМС.

К174ХА34 має такі характеристики:

Електричні параметры:

Номінальне напруга харчування,, У … 3.

Струм споживаний,, мАЛО, при = 3 трохи більше …6,3.

Вихідний напруга НЧ, мВ, при = 2,7, = 69 МГц щонайменше … 80.

Коефіцієнт ослаблення амплітудної модуляції,, дБ щонайменше … 30.

Коефіцієнт гармонік,, % трохи більше … 2,5.

Ставлення сигнал/шум,, дБ щонайменше … 40.

Гранично допустимі данные:

У, мінімальне … 1,8.

максимальне … 6.

Напруга вхідний,, мінімальне … … 10 мкВ.

максимальне … 1 мВ.

Діапазон частот вхідного сигналу, МГц, … 1,5.

… 110.

Призначення выводов:

1, 2 — фільтр нижніх частот.

3 — общий.

4 — харчування (UCC).

5 — контур гетеродина.

6, 13, 16 — блокировка.

7, 8, 10, 11 — фільтр проміжної частоты.

9 — рівень напруги поля.

12 — вхід високої частоты.

14 — вихід звуковий частоты.

15 — вхід зворотної связи.

Структурна схема ІМС К174ХА34 приведено малюнку 4, сторінка 15. Схема включення ІМС К174ХА34 приведено малюнку 5, сторінка 16.

Ця схема має повний набір функцій ЧМ РХК, проте забезпечує заданої до розрахунку вихідний потужності. Тому необхідно вибрати ІМС як УЗЧ, яка задовольняла заданим параметрам.

Малюнок 4 — Структурна схема ІМС К174ХА34.

5. Вибір ІМС, яка у ролі кінцевого УЗЧ.

5.1 Попередній розрахунок УЗЧ. Визначення коефіцієнта посилення УЗЧ по формуле:

(10),.

де — вихідний напруга УЗЧ, В.

— вихідний напруга попереднього каскаду, В.

Вихідний напруга УЗЧ проводиться у разі формуле:

(11),.

де — опір навантаження, Ом.

— вихідна потужність УЗЧ, Вт.

Розрахунок формули (11):

В.

Розрахунок формули (12):

5.2 Вибір ІМС як кінцевого УЗЧ.

ІМС як кінцевого УЗЧ вибирається з необхідної вихідний потужності, величини опору навантаження, отже й коефіцієнта посилення. Для даної схеми ЧМ РХК доцільно використовувати ІМС К174УН4А [2].

К174УН4А має такі характеристики:

Електричні параметры:

Номінальне напруга харчування,, У … 9.

Струм споживаний,, мАЛО, при = 9 Не більш … 10.

Коефіцієнт посилення за напругою,, при = 100 мВ, = 9 У … … 4…40.

Вихідна потужність, Вт, при = 9 У, = 4 Ом, 2% щонайменше… 1.

Коефіцієнт гармонік,, %, при = 9 У, = 4 Ом … 2.

Вхідний опір,, кОм, при = 9 У … 10.

Граничні допустимі данные:

У, мінімальне … 4,5.

максимальне … 9.

Максимальне амплітудне значення струму навантаження, мАЛО …860.

Мінімальна опір навантаження, Ом … 3,2.

Максимальна рассеиваемая потужність, Вт … 1*, 2**.

Температура довкілля, З … -25 … +55.

Температура кристала, З, трохи більше … +125.

Призначення выводов:

1 — управління стабілізатором тока.

2 — зворотна связь.

3 — теплоотвод.

4 — вход.

5 — фильтр

6 — вольтдобавка.

7 — харчування (+).

8 — выход.

9 — загальний, харчування (-).

Принципова схема К174УН4А приведено малюнку 6. Схема включення ІМС К174УН4А приведено малюнку 7, сторінка 19.

Малюнок 6 — Принципова схема К174УН4А.

Опис принципової схемы.

Супергетеродинный ЧМ РХК на ІМС складається з вхідний кайдани й посадили двох мікросхем DA1 і DA2, які забезпечують всі функції ЧМ приемника.

Вхідні ланцюг складається з одиночного коливального контуру, який із зовнішньої антеною емкостной зв’язком. Використання емкостной зв’язку зумовлено кращої вибірковістю по сусідньому каналу. Одиночний контур підключений частково висновку 5 мікросхеми DA1 (вхід високої частоти), часткове включення контуру збільшує еквівалентну добротність і тим самим зменшує смугу пропускання. Вхідні ланцюг пов’язані з DA1 через роздільну ёмкость С9.

УВЧ, змішувач, УПЧ, ЧД попередній УЗЧ входить у ІМС DA1 — К174ХА34. Принцип роботи мікросхеми наведено малюнку 3.

Контур гетеродина підключено до висновків 4 і п’яти DA1. Контур налаштовується з допомогою змінного конденсатора С6.

Навантаженням попереднього каскаду УЗЧ (висновок 14) є перемінний резистор, від якого подається НЧ сигнал на вхід кінцевого каскаду УЗЧ через роздільну ємність C13. Зв’язок між каскадами — непосредственная.

Як кінцевого каскаду УЗЧ застосовується ІМС DA2 — К174УН4А.

Навантаженням DA2 є гучномовець, підключений висновку 8. Висновки 3 заземляются й закони використовують як тепловідведення. Регулювання коефіцієнта посилення напруги на низьких частотах може бути зміною ємностей конденсаторів С14 і С17. Послаблення посилення верхній граничной частоті 20кГц — трохи більше 3 дб. Допускається регулювання коефіцієнта посилення напруженості із допомогою зміни опору резистора зворотний зв’язок R6 (не більше 240 Ом…2,7 кОм) і ємності конденсатора С14. Дозволене значення статичного потенціалу 200 В.

Джерело харчування складається з мікросхеми DA3 — 78L05, використовується як стабілізатор напруги, мікроскладення диодного мосту VD2, і трансформатора TV1.

Список використовуваної литературы:

1. Методичне посібник із розрахунку ЧМ УКХ на ІМС, Т. З. Мещанкина.

2. Довідник «Мікросхеми для побутової радіоапаратури» — І.В. Новаченко, В.М.

Пєтухов, І.П. Блудов, А. В. Юровский, 1995 г.

3. Гвоздьов З. Мікросхема К174ХА34. Довідковий листок. — Радіо, 1995, № 10, з. 62; № 11, з. 45.

4.