На тему: «Проектирование приёмника профессиональной радиостанции с однополосной модуляцией». 4 страница

.

.

.

.

.

.

_- при _:

.

.

.

.

.

.

.

.

- При определении : .

_- при _:

.

.

.

.

.

.

.

.

_- при _:

.

.

.

.

.

.

.

.

- При определении : .

_- при _:

.

.

.

.

.

.

.

.

_- при _:

.

.

.

.

.

.

.

.

Вывод: и удовлетворяют требованиям ТЗ.

На расчётных частотах диапазона определяем коэффициент передачи преселектора:

- при _: .

- при _: .

Рассчитываем напряжение сигнала на входе преобразователя частоты:

:

.

:

.

Рассчитываем напряжение помех на входе преобразователя частоты:

f_п1 = f_0макс + 200*10³ = 29.12*10⁶ + 0.2*10⁶ = 29.32 МГц,

U_Ап1 = 20 мВ.

.

.

.

.

.

.

f_п2 = f_0макс + 400*10³ = 29.12*10⁶ + 0.4*10⁶ = 29.52 МГц,

U_Ап2 = 30 мВ.

.

.

.

.

.

.

.

.

Эти напряжения понадобятся при расчёте параметров многосигнальной избирательности преобразователя частоты.

5.Расчёт преобразователя частоты

5.1. Расчёт подключения нагрузки к преобразователю частоты

Преобразователь частоты построим на ИМС К174ПС1 при несимметричном подключении контура к выходу ИМС и симметричном подключении входов ИМС к выходам УРЧ и гетеродина.

Рис. 5. Схема преобразователя частоты.

Исходными данными для расчёта являются:

- значение промежуточной частоты приёмника: ;

- полоса пропускания ФСИ: ;

- входная проводимость ФСИ: ;

- конструктивная добротность катушки СК на : ;

- крутизна преобразования ИМС: ;

- выходная проводимость ИМС на : .

Полоса пропускания согласующего контура выбирается существенно больше, чем полоса пропускания ФСИ, чтобы избежать влияния согласующего контура на полосу пропускания тракта ПЧ. С другой стороны она не должна быть слишком большой, т.к. это приведёт к снижению коэффициента усиления ПрЧ и к ухудшению избирательности при больших отстройках. Тогда получаем, что:

.

Рассчитываем требуемое значение добротности эквивалентного контура:

.

Задаёмся стандартным значением ёмкости конденсатора контура и рассчитываем ёмкость контура с учётом ёмкости монтажа и выходной ёмкости ИМС:

и индуктивность контура:

.

Полагая конструктивную добротность контура , вычисляем проводимость ненагруженного и нагруженного (эквивалентного) контура:

;

.

и сопротивление шунтирующего резистора:

.

Определяем коэффициент включения согласующего контура во входную цепь ФСИ, при котором обеспечивается согласование ФСИ на его входе:

.

Рассчитываем индуктивность катушки связи:

, где k – коэффициент магнитной связи при , может достигать 0.25…0.35.

Определим коэффициент усиления преобразователя частоты:

.

На расчетных частотах диапазона рассчитываем напряжение сигнала на входе УПЧ:

,

- при _: .

- при

Рассчитываем суммарное ослабление соседнего канала в преселекторе и ФСИ:

,

- при _: .

- при _: .

5.2. Проверка выполнения требований ТЗ к многосигнальной избирательности приёмника

При недостаточном ослаблении помех в преселекторе в ТЗ нелинейные эффекты могут возникнуть и в преобразователе частоты, ухудшив параметры многосигнальной избирательности приёмника в целом.

Транзисторы преобразователя частоты ИМС К174ПС1 имеют глубину ООС по переменному току F = 1 + g₂₁₀*R ориентировочно равную 2. При такой глубине ОС значение параметра нелинейности приблизительно равно 95 В^-2.

По приведённым ранее выражениям для K_им2,1 рассчитываем коэффициент нелинейности преобразователя частоты. Необходимые для этого расчёта уровни сигнала и помех на входе преобразователя частоты определены в п.4.3.

,

,

U_спр = U_ст* K_0ПРЕС = 0.001*5.742 = 5.742 мВ,

Рассчитываем значения результирующего коэффициента нелинейности приёмника:

1%, что удовлетворяет требованиям ТЗ.

6. Расчёт гетеродина

Расчёт гетеродина приёмника включает в себя следующее.

Определение структуры контура гетеродина и параметров его элементов, исходя из требуемой точности сопряжения настроек гетеродина и преселектора.

Подбор температурных коэффициентов ёмкостей дополнительных конденсаторов, включённых в контур гетеродина, для обеспечения температурной стабильности его частоты.

Расчёт автогенератора, являющегося источником напряжения гетеродина для преобразователя частоты.

Автогенератор может быть выполнен как на отдельном транзисторе, так и на ИМС К174ПС1.

6.1. Расчёт сопряжения настроек гетеродина и преселектора

6.1.1. Задачи расчёта

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

f_гмин = f_мин + f_пч = 26.02*10⁶ + 8.8643*10⁶ = 34.88 МГц,

до

f_гмакс = f_макс + f_пч = 29.12*10⁶ + 8.8643*10⁶ = 37.98 МГц,

где f_мин и f_макс – крайние частоты настройки преселектора с учётом запаса по перекрытию. Контур гетеродина имеет коэффициент перекрытия по частоте

K_ДГ = f_гмакс/ f_гмин = 37.98/34.88 = 1.089,

отличающийся от коэффициента перекрытия по частоте контура преселектора

.

что и вызывает погрешность сопряжения при одноручечной настройке.

Погрешность сопряжения определяется выражением

δf_сопр = f_сопр/f_0прес = (f_г – f_0прес - f_пч)/ f_0прес ,

где f_0прес – частота настройки преселектора, изменяющаяся от f_мин до f_макс. Значительная погрешность сопряжения приводит к различию частот настройки преселектора и приёмника в целом, в результате чего ухудшается чувствительность и избирательность приёмника.

Задача состоит в определении числа и частот точного сопряжения, максимальной в диапазоне частот погрешности сопряжения, структуры и параметров контура гетеродина. При использовании идентичных элементов настройки в преселекторе и гетеродине точное сопряжение можно получить только в одной, двух и трёх точках диапазона.

6.1.2. Выбор числа точек точного сопряжения

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

Так как K_д = 1.119 нашего диапазона лежит в интервале 1.1 < K_д < 1.7 необходимы две точки.

f1 = f_мин* K_д^0.147 = 26.02*10⁶*1.119^0.147 = 26.45 МГц,

f2 = f_мин* K_д^0.852 =26.02*10⁶*1.119^0.852 = 28.64 МГц.

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

Полученное значение не превышает .

6.1.3. Определение структуры контура гетеродина и расчёт его параметров

Структура контура гетеродина определяется структурой контура преселектора и числом точек точного сопряжения.

Сопряжение в двух точках. В этом случае структура контура гетеродина совпадает со структурой контура преселектора, но ёмкости следует рассчитать. В нашем случае получаем простой контур.

C_кгмин = (С_нмакс - С_нмин)/(K_дг² - 1) = (38 - 8)*10^-12/(1.089² - 1) = 161.4 пФ,

С_1г = С_кгмин – С_нмин = 161.4 – 8 =153.4 пФ,

С_1г = 150 пФ.

6.1.4. Расчёт индуктивности контура гетеродина

6.2. Расчёт термокомпенсации контура гетеродина

6.2.1. Задача расчёта и исходные данные

Проектируемый радиовещательный приёмник может эксплуатироваться в самых разнообразных условиях, при этом изменение температуры окружающей среды может оказаться весьма значительным, превышающим несколько десятков градусов, что может повлечь за собой заметное изменение индуктивностей и ёмкостей колебательных контуров. Температурная нестабильность параметров контура отражается на его добротности, резонансном сопротивлении, полосе пропускания и, что самое главное, на его частоте. Вызванное температурной нестабильностью параметров изменение резонансной частоты может привести к существенному расхождению частот настройки преселектора и гетеродина, то-есть к погрешности сопряжения, превышающей допустимую.

Температурную устойчивость частоты оценивают температурным коэффициентом частоты (ТКЧ, α_f). ТКЧ контура показывает относительное изменение частоты настройки контура при изменении температуры на один градус: α_f = f₀/ t.

Для уменьшения ТКЧ контура специальным расчётом подбирают температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ, α_С) дополнительных конденсаторов, включённых в контур. ТКЕ показывает относительное изменение ёмкости конденсатора при изменении температуры на один градус: α_С = С/ t.

Задачей является определение требуемых ТКЕ добавочных конденсаторов, подбор типов конденсаторов с ТКЕ, близким к расчётным, и определение ТКЧ скомпенсированного контура.

Исходными данными для расчёта являются:

· диапазон изменения температур: (0 – 50) ⁰С

· минимальная и максимальная частота настройки контура: f_гмакс =37.98 МГц , f_гмин = 34.88 МГц,

· ёмкость варикапа: С_нмин = 8 пФ, С_нмакс = 38 пФ,

· ёмкости добавочных конденсаторов: С_д1 = 140 пФ,

· схемные и монтажные ёмкости контура: С_м = 2 пФ, С_L = 8 пФ,

· температурные коэффициенты индуктивностей и ёмкостей, которыми следует задаться:

ТКИ самой катушки индуктивности α_к = 4*10^-6,

ТКИ ферритового сердечника α_µ= 50*10^-6,

ТКИ монтажных проводов α_м = 20*10^-6,

ТКИ экранов α_э = 20*10^-6,

ТКИ суммарной ёмкости монтажа α_м = 1000*10^-6,

ТКИ собственной ёмкости катушки α_CL = 100*10^-6,

ТКИ варикапа α_Сн = 100*10^-6.

6.2.2. Расчёт термокомпенсации простого контура

Термокомпенсация простого контура осуществляется подбором ТКЕ добавочного конденсатора С_д1, что позволяет обеспечить α_f = 0 только в одной точке диапазона, при значении ёмкости настройки С’_н. При этом на крайних частотах диапазона(при значениях С_нмин и С_нмакс) ТКЧ контура α_fM+ и α_fM- соответственно.

Для получения α_fM+ = α_fM- значение С’_н рассчитывают так:

Далее при рассчитанном значении определяем С’_пер = - С_нмин = 21.7- 8 = 13.7 пФ. Рассчитываем нужное значение ТКЕ ёмкости из условия α_f = 0 при значении :

Рассчитываем требуемый ТКЕ добавочного конденсатора:

Конденсатор С_д1 относится к группе М150 с ТКЕ(-150*10^-6).

α’_д1 = -150*10^-6,

Рассчитываем ТКЧ контура на краях диапазона:

Определяем абсолютное значение ухода частоты при изменении температуры от 0⁰С до 50⁰С, которые даны в ТЗ:

t_мин = 0⁰С,

t_макс =50⁰С,

Проверяем выполнение условий:

Условия выполняются, следовательно, термокомпенсация контура произведена удовлетворительно.

6.3. Расчёт гетеродина на отдельном транзисторе

Построение гетеродина на отдельном транзисторе рекомендуется в том случае, когда необходимо обеспечить лучшие качественные показатели приёмного тракта: более высокую стабильность частоты, малую зависимость амплитуды генерируемых колебаний, а следовательно и крутизны преобразования от частоты настройки. При этом необходимо использовать стабилизированный источник питания.

Проектирование состоит из выбора схемы гетеродина, определения параметров элементов связи контура гетеродина с транзистором, обеспечивающих устойчивую генерацию, а также связи автогенератора с преобразователем частоты для подачи необходимого напряжения.

На рис.1 представлена схема транзисторного автогенератора, перестраиваемого в диапазоне частот, который определяется параметрами колебательного контура. напряжение, подаваемое на преобразователь частоты, снимается с резистора R_э4 в эмиттерной цепи транзистора, что обеспечивает хорошую развязку цепей автогенератора и преобразователя.

Амплитуда напряжения обратной связи, подаваемого на эмиттер (амплитуда напряжения в точке А при R_э2 = 0), необходимая для получения устойчивой генерации приблизительно равна 70…100 мВ. Если на преобразователь частоты нужно подать такое же напряжение, то резистор Rэ3 может отсутствовать.

Наличие сопротивления R_э2 не является необходимым условием для работы гетеродина. Однако при его отсутствии требуемый коэффициент включения контура во входную цепь транзистора р₁ может оказаться столь малым, что его будет трудно реализовать. Включение R_э2 позволяет увеличить р₁, так как оно принимает на себя избыточное напряжение обратной связи. Кроме того R_э2 создаёт некоторую отрицательную обратную связь по переменному току и этим несколько уменьшает амплитуды высших гармоник автогенератора.

Так как сумма сопротивлений R_э2, R_э3 и R_э4 может оказаться недостаточной для стабилизации режима транзистора оп постоянному току, то необходимо ввести R_э2, зашунтированный конденсатором С_э. Эту цепочку можно было бы включить между R_э2 и корпусом, однако практика показывает, что включение дополнительных элементов во входную цепь транзистора смесителя нежелательно.

Рис. 6. Транзисторный автогенератор

6.3.1. Расчёт элементов цепей питания транзистора

Исходными данными для расчета являются:

- напряжение источника питания ;

- среднее значения параметра для транзисторов данного типа ;