На тему: «Проектирование приёмника профессиональной радиостанции с однополосной модуляцией». 5 страница

- минимальный ток обратно смещенного коллекторного перехода ;

- максимальная температура среды .

Выбираем ток покоя транзистора (при отсутствии генерации) .

Рассчитываем сопротивление резистора фильтра в цепи питания:

и выбираем стандартное значение .

Выбираем допустимое относительное изменение тока покоя при повышении температуры среды от до

.

Выбираем значение RЭ, удовлетворяющее условию:

.

где - теоретическое дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода.

Рассчитанное значение оказалось менее 1 кОм, поэтому принимаем .

Выбираем

.

Определяем значение тока базового делителя

.

Рассчитываем

.

.

Выбираем стандартные значения, ближайшие к найденным с допуском + 5%:

,

.

Разделение на составляющие части производится при расчете связей контура с входной и выходной цепями транзистора.

Блокировочные и разделительные конденсаторы следует выбирать не менее 100 нФ при частотах ниже 30 МГц.

6.3.2. Расчет связей контура с входной и выходной цепями транзистора

Исходными данными для расчета связей контура с входной и выходной цепями транзистора, помимо данных предыдущего расчета, являются:

- частоты, соответствующие границам рассчитываемого диапазона с запасом по перекрытию

- ;

- ;

- коэффициент перекрытия контура гетеродина ;

- индуктивность катушки контура гетеродина = 0.1088 мкГн;

- конструктивная добротность контура ;

- амплитуда напряжения, которое надо подать на смеситель ;

- среднее значение коэффициента усиления тока транзистора в схеме ОЭ .

Рассчитываем минимальное значение добротности эквивалентного контура гетеродина на максимальной частоте генерации:

,

где .

Выбираем минимальное значение амплитуды напряжения обратной связи и рассчитываем:

.

Рассчитываем коэффициент включения контура во входную (эмиттерную) цепь транзистора:

Для получено столь малое значение, что реализовать его сложно, поэтому следует ввести . Для расчета его величины и рассчитываем:

.

,

где - минимальное значение амплитуды первой гармоники коллекторного тока, которое может быть принято равным .

Определяем напряжение, приложенное к последовательно включенным и участку эмиттер-база:

.

Рассчитываем коэффициент включения контура в выходную (коллекторную) цепь транзистора:

Проверяем, не оказался ли режим транзистора перенапряженным. Для этого находим наибольшее возможное значение амплитуды напряжения на коллекторе и сравниваем его с постоянным напряжением.

Для этого рассчитываем наибольшее возможное значение постоянной составляющей эмиттерного тока:

где - допустимое относительное изменение за счет отклонения параметра транзистора от среднего значения.

Рассчитываем максимальное значение амплитуды первой гармоники коллекторного тока и максимальное значение амплитуды коллекторного напряжения:

,

Амплитуда должна удовлетворять условию:

.

После этого выбираем сопротивления , исходя из рассчитанных значений , , и соотношений:

.

.

.

Выбираем стандартные значения с допуском + 5%:

;

;

;

.

В заключение по известным значениям , и , задаваясь значением коэффициента магнитной связи , рассчитываем и :

,

.

7. Расчёт детектора сигналов

Принципиальная схема детектора ОМ сигнала приведена на рис. 10. Детектор выполнен на микросхеме К174ПС1, которая осуществляет перемножение двух колебаний:

- ОМ сигнала, поступающего на входы 7, 8 ИМС с выхода УПЧ;

- напряжения восстановленной несущей ( ), генерируемого в гетеродинной части ИМС.

Рис. 7. Принципиальная схема детектора ОМ сигналов.

Частота генератора несущей стабилизирована кварцевым резонатором . При этом резонатор выполняет роль эквивалентной индуктивности, параллельно которой подключается внешняя емкость , образуемая последовательно соединенными емкостями конденсаторов , , .

Исходными данными для расчета являются параметры резонатора:

;

;

;

.

Рассчитываем добротность резонатора.

.

Рассчитываем значение динамической емкости кварцевого резонатора:

и частоту его параллельного резонанса:

.

Выбираем значение емкости .

Уточняем частоту генерации

Для обеспечения устойчивой генерации выбираем значения емкостей , , равными:

.

Выбираем сопротивление нагрузки аналогового перемножителя . Вычисляем емкость конденсатора , обеспечивающего ослабление высокочастотных составляющих на выходе детектора, из условия допустимых линейных искажений на максимальной частоте модуляции.

, где - допустимое амплитудное искажение на верхних частотах модуляции.

Рассчитываем , , :

.

, где - допустимое амплитудное искажение на нижних частотах модуляции.

Входная проводимость детектора равна входной проводимости ИМС К174ПС1:

.

Определяем коэффициент передачи детектора ОМ сигнала:

.

Вычисляем напряжение на входе УЗЧ:

.

Определяем требуемый коэффициент усиления УЗЧ:

,

где - номинальное напряжение звуковой частоты на динамической головке, имеющей сопротивление .

8. Расчёт тракта промежуточной частоты

УПЧ выполним по схеме резонансного каскада УПЧ на ИМС К174ПС1, используемой в усилительном режиме.

Рис. 8. Принципиальная схема резонансного каскада УПЧ на ИМС К174ПС1.

Исходными данными для расчета являются:

- входная проводимость детектора, являющаяся проводимостью нагрузки последнего каскада УПЧ: ;

- выходная проводимость ФСИ, являющаяся проводимостью эквивалентного генератора для первого каскада УПЧ: .

Для получения, требуемого усиления тракта ПЧ будем использовать два каскада УПЧ.

8.1. Расчёт первого резонансного каскада УПЧ

Аналогично расчёту ПрЧ выбираем и рассчитываем:

- полосу пропускания:

;

- добротность эквивалентного контура:

;

- ёмкость конденсатора ;

- ёмкость контура:

;

- индуктивность контура:

;

- проводимость ненагруженного и нагруженного (эквивалентного) контура:

.

.

Определяем для первого каскада значение коэффициента включения входа следующего каскада в колебательный контур, при котором происходит требуемое снижение добротности:

,

где .

Рассчитываем индуктивность катушки связи:

, где k – коэффициент магнитной связи.

Уточняем значение эквивалентной проводимости контура:

и рассчитываем коэффициент усиления каскада УПЧ:

.

Емкость разделительного конденсатора выбираем из условия:

.

8.2. Расчёт второго резонансного каскада УПЧ

Аналогично расчёту ПрЧ выбираем и рассчитываем:

- полосу пропускания:

;

- добротность эквивалентного контура:

;

- ёмкость конденсатора ;

- ёмкость контура:

;

- индуктивность контура:

;

- проводимость ненагруженного и нагруженного (эквивалентного) контура:

.

.

Определяем для первого каскада значение коэффициента включения входа следующего каскада в колебательный контур, при котором происходит требуемое снижение добротности:

,

где .

Рассчитываем индуктивность катушки связи:

, где k – коэффициент магнитной связи.

Уточняем значение эквивалентной проводимости контура:

и рассчитываем коэффициент усиления каскада УПЧ:

.

Емкость разделительного конденсатора выбираем из условия:

.

8.3. Расчёт общих характеристик тракта УПЧ

Обеспечиваем согласование входной проводимости тракта УПЧ с выходной проводимостью ФСИ. , .

Если , для согласования параллельно выходу ФСИ включаем резистор с сопротивлением:

.

Выбираем элементы фильтра АРУ, исходя из постоянной времени этого фильтра :

;

.

Определяем коэффициент усиления тракта УПЧ в целом:

Определяем напряжение на входе детектора:

На минимальной частоте:

.

На максимальной частоте:

9. Конструктивный расчёт катушки входной цепи

В радиоприёмных устройствах используются катушки индуктивности с однослойными и многослойными намотками. При однослойной намотке витки располагаются на цилиндрической поверхности в один слой. При плотном расположении витков, разделяемых лишь изоляцией провода, получается сплошная однослойная намотка: при расположении витков на некотором расстоянии друг от друга – намотка с шагом.

Катушки индуктивности обычно выполняются с ферритовыми сердечниками, что позволяет уменьшить размеры катушке, увеличить их добротность и производить регулировку индуктивности. Наибольшее применение нашли цилиндрические сердечники, достоинства которых заключаются в простоте и возможности применения в типовых катушках без существенного изменения их конструкции. Гладкие цилиндрические ферритовые сердечники для возможности перемещения снабжены изоляционной втулкой с нарезкой.

Сердечник увеличивает индуктивность катушки в µ_с раз и следовательно, индуктивность катушки без сердечника должна быть меньше:

L_в = L/ µ_с

Такая катушка обладает меньшим числом витков, потери в проводе намотки будут меньше, что увеличивает добротность индуктивности.

Величина действующей магнитной проницаемости сердечника µ_с зависит от соотношения его размеров с размерами катушки. Магнитный сердечник вносит в катушку индуктивности дополнительные потери, которые учитываются коэффициентом δ_с.

Для устранения взаимных влияний катушки часто заключаются в экраны из алюминия толщиной 0.2…0.5 мм.

Индуктивность катушки зависит от числа витков и её геометрических размеров. Поскольку размеры катушки связаны с числом её витков и, следовательно, известны не полностью, расчёт числа витков ведётся методом последовательного приближения. При расчёте необходимо выбрать вид намотки, тип и размеры каркаса. Размеры каркаса определяются размерами применяемого магнитного сердечника. Для того чтобы повысить действующее значение магнитной проницаемости сердечника, диаметр каркаса не должен существенно превышать диаметр сердечника.

Влиянием экрана не величину L можно пренебречь. Диаметр экрана должен быть в 1.5 – 2 раза больше диаметра намотки катушки.

9.1. Однослойная намотка

Катушки индуктивности с однослойной намоткой применяются в диапазонах КВ.В радиовещательных приёмниках обычно используются гладкие цилиндрические каркасы диаметром 7 мм. Применяемый цилиндрический сердечник из феррита марки 100 НН диаметром 2.86 мм и длиной 12 или 14мм для возможности перемещения для подстройки вклеивается в резьбовую втулку с наружной резьбой М-5. Поскольку диаметр каркаса более чем в два раза больше диаметра сердечника, значение действующей магнитной проницаемости невелико и составляет µ_с = 1.8…2.

Диаметр провода таких катушек принимается в пределах 0.15…0.4 мм. Больший диаметр используется на более высокочастотных диапазонах. Марка провода ПЭЛ, ПЭВ, ПЭЛШО.

Для увеличения добротности будем использовать намотку с шагом. Наличие шага в намотке учтём изменением коэффициента неплотности α_н. Будем использовать намотку с шагом в два раза больше диаметра провода в изоляции, то-есть α_н = 2.

Исходные данные:

L = 0.2518 мкГн,

L_в = 0.126 мкГн,

D = 7 мм,

µ_с = 2,

δ_с = 0.7,

α_н = 2,

d = 0.35 мм,

d_из = 0.39 мм (ПЭЛ, ПЭВ).

Рассчитываем число витков катушки:

, где

Определяем длину намотки:

мм.

9.2. Расчёт добротности катушки индуктивности

Добротность катушки индуктивности зависит от её сопротивления потерь. Сопротивление потерь складывается из сопротивления проводу току высокой частоты, сопротивления за счёт диэлектрических потерь в каркасе и сопротивлений, вносимых потерями в сердечнике и экране. При правильно сконструированной катушке индуктивности потери в экране и диэлектрические потери невелики и ими можно пренебречь.

Используемые упрощённые формулы могут приводить к ошибке определения добротности порядка 20..30%.

Рассчитаем сопротивление обмотки постоянному току:

Ом.

Определим коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления провода на высокой частоте за счёт поверхностного эффекта:

где f – средняя частота диапазона в МГц.

Рассчитаем сопротивление потерь в проводе на высокой частоте:

Оцениваем сопротивление потерь в катушке с учётом сердечника:

Ом.

Определяем добротность катушки индуктивности на средней частоте:

Полученное значение добротности удовлетворительно.

10. Заключение

При расчете структурной схемы было выбрано одно преобразование частоты и значение промежуточной частоты . Выбрано 2 колебательных контура преселектора: одноконтурное входное устройство и резонансный УРЧ, исходя из ослабления по зеркальному каналу. Ослабление сигнала зеркального канала, и канала ПЧ, которое были получены в результате расчёта: дБ дБ. Полученные значения ослаблений превышают, заданные в ТЗ дБ и дБ. Избирательность тракта ПЧ, обеспечивается электромеханическим ФСИ, который выбран исходя из требований ТЗ по ослаблению соседнего канала. ФСИ обеспечивает ослабление по соседнему каналу равное дБ, что превышает требуемое по ТЗ ослабление соседнего канала равное дБ. Рассчитанный приёмник полностью удовлетворяет требованиям избирательности, заданным в ТЗ.

Максимальная чувствительность, которую удалось получить в ходе расчёта приёмника при заданном соотношении С/Ш, составляет U_А0 = 1.539 мкВ, что не удовлетворяет требованиям ТЗ по чувствительности, которая по ТЗ должна составлять U_А0 = 1 мкВ.

Требования ТЗ по допустимому коэффициенту интермодуляционных искажений, при оценке которых использовался стандартный испытательный сигнал U_СТ = 1 мВ были полностью выполнены. Коэффициент интермодуляционных искажений составил 1%, что не превышает, заданного в ТЗ 1% допустимого коэффициента интермодуляционных искажений. Сведём в таблицу, полученные результаты.

Таблица результатов расчёта и выполнения требований ТЗ:

Параметры	Требования ТЗ	Полученные значения	Удовлетворение требованиям ТЗ
Чувствительность UА0 , мкВ		1.539	Не удовлетворяет
Ослабление соседнего канала , дБ		fмин	fмакс	Удовлетворяет
80.016	80.014
Ослабление зеркального канала , дБ		fмин	fмакс	Удовлетворяет
88.338	87.403
Ослабление канала ПЧ , дБ		fмин	fмакс	Удовлетворяет
105.19	104.94
Коэффициент интермодуляционных искажений КИМ ,%			Удовлетворяет
Допустимая неравномерность усиления тракта высокой частоты Н	1.3	1.3	Удовлетворяет

Роль АРУ в приёмнике выполняет амплитудный детектор, который регулирует КУ двух каскадов УПЧ, что обеспечивает заданные в ТЗ требования к АРУ.