На тему: «Проектирование приёмника профессиональной радиостанции с однополосной модуляцией». 1 страница

Курсовой проект

По дисциплине: «Радиоприемные устройства».

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

Выполнил: студент группы Р-77

Поздняков М.А.

Проверил:

Устименко В.М.

Дата «___ ___________ 2010 г.»

Оценка _______________

Санкт – Петербург

Оглавление

Оглавление. 1

Проектное задание. 3

Реферат. 4

Введение. 5

1. Эскизный расчет структурной схемы приемника. 6

1.1. Выбор значения промежуточной частоты.. 6

1.2. Выбор избирательной системы тракта ПЧ.. 7

1.3. Определение числа и типа избирательных систем преселектора. 8

1.4. Выбор способа и элемента настройки. 9

1.5. Выбор детектора сигнала. 9

1.6. Определение требуемого усиления ВЧ тракта. 9

1.7. Оценка коэффициента передачи входного устройства. 10

1.8. Выбор активного прибора УРЧ и оценка коэффициента передачи УРЧ.. 10

1.9. Выбор активного прибора и оценка коэффициента передачи ПрЧ.. 12

1.10. Определение структуры тракта УПЧ.. 12

1.11. Проверка реализации требуемого отношения сигнал/шум на выходе приемника. 13

1.12. Выбор ИМС УЗЧ, динамической головки и узлов блока питания. 14

2. Расчет входных устройств. 15

2.1. Расчет контуров преселектора. 15

2.1.1. Выбор схемы контура. 15

2.1.2. Расчет емкостей контура нерастянутого диапазона. 16

2.1.3. Расчет индуктивности, полосы пропускания и проводимости контура. 16

2.2. Выбор схемы входного устройства. 17

2.3. Расчет схемы входного устройства. 18

2.3.1. Исходные данные. 18

2.3.2. Определение элементов связи контура с АП1. 18

2.3.3. Определение элементов связи контура с антенной при .............. 19

2.3.4. Расчет результирующих характеристик одноконтурного входного устройства. 19

3. Расчёт коэффициента нелинейности и напряжения шума АП1. 23

3.1. Цели проектирования. 23

3.2. Порядок проектирования. 24

3.3. Расчёт. 25

4. Расчет УРЧ и общих характеристик преселектора. 28

4.1. Порядок расчета. 28

4.2. Расчет резонансного коэффициента усиления УРЧ и чувствительности приемника. 29

4.3. Расчет элементов цепей питания. 32

4.4. Расчёт характеристик избирательности преселектора. 33

5. Расчёт преобразователя частоты.. 40

5.1. Расчёт подключения нагрузки к преобразователю частоты.. 40

5.2. Проверка выполнения требований ТЗ к многосигнальной избирательности приёмника 42

6. Расчёт гетеродина. 43

6.1. Расчёт сопряжения настроек гетеродина и преселектора. 43

6.1.1. Задачи расчёта. 43

6.1.2. Выбор числа точек точного сопряжения. 44

6.1.3. Определение структуры контура гетеродина и расчёт его параметров. 44

6.1.4. Расчёт индуктивности контура гетеродина. 45

6.2. Расчёт термокомпенсации контура гетеродина. 45

6.2.1. Задачи расчёта и исходные данные. 45

6.2.2. Расчёт термокомпенсации простого контура. 46

6.3. Расчёт гетеродина на отдельном транзисторе. 48

6.3.1. Расчёт элементов цепей питания транзистора. 49

6.3.2. Расчёт связей контура с входной и выходной цепями транзистора. 50

7. Расчёт детектора сигналов. 53

8. Расчёт тракта промежуточной частоты.. 55

8.1. Расчёт первого резонансного каскада УПЧ.. 56

8.2. Расчёт второго резонансного каскада УПЧ.. 57

8.3. Расчёт общих характеристик тракта УПЧ.. 58

9. Конструктивный расчёт катушки входной цепи. 58

9.1.Однослойная намотка. 59

9.2.Расчёт добротности катушки индуктивности. 60

10. Заключение. 62

11. Список использованной литературы.. 63

Приложениия 64

Приложение 1.Параметры варикапа КВ130А.. 64

Приложение 2. ИМС К174ПС1. 65

Приложение 3. К174УН4А. 66

Приложение 4. NM1013 Стабилизатор напряжения 9В/1А.. 67

Проектное задание

Задание: спроектировать приёмник профессиональной радиостанции с ОМ. Электрический расчёт выполнить для диапазона 27.1 – 28 МГц.

Радиоприёмник в пределах указанного диапазона должен удовлетворять перечисленным ниже требованиям.

1. Чувствительность при отношении сигнал/шум 12 дБ со входа для внешней антенны не хуже U_А0 = 1мкВ. Чувствительность определяется при выходной мощности Р_вых = 50 мВт.

2. Избирательность. Ослабление соседнего канала при расстройке на 3.8 кГц не менее d_ск = I/у_ск = 41 дБ, ослабление сигнала зеркального канала не менее d_зк = I/у_зк = 61 дБ, ослабление сигнала частот, равных промежуточным не менее d_а = I/у_а = 61 дБ.

3. Неравномерность характеристики верности воспроизведения по звуковому давлению в диапазоне частот F_Н = 300 Гц, F_В = 3000 Гц не более Н_вв = 8 дБ.

4. Ширина полосы пропускания F 1.1 F_c кГц при неравномерности усиления в пределах полосы 6 дБ.

5. Допустимая неравномерность усиления тракта высокой частоты в пределах заданного диапазона не более Н = 1.3.

6. Допустимое значение коэффициента интермодуляционных искажений К_им 1 % при э. д. с . мешающего сигнала на входе приёмника U_АП1,2 = 20/30 мВ и при расстройке f_п1,2 = 200/400 кГц.

7. Действие автоматической регулировки усиления: изменение напряжения на входе приёмника не менее m₀ = 70 дБ, соответствующее изменение напряжения на выходе приёмника не более р₀ = 7 дБ.

8. Параметры антенны: R_А = 26 Ом, С_А = 16 пФ, С_А = ± 8 пФ.

9. Номинальная выходная мощность Р_вых = 1 Вт.

10. Источник питания выпрямитель с напряжением 9 В.

11. Работоспособность приёмника должна сохраняться в интервале температур от 0 ⁰С до 50 ⁰С и при уменьшении напряжения питания до 0.8 от номинального значения.

12. Выполнить конструктивный расчёт катушки входной цепи.

Реферат

В приведенном курсовом проекте спроектирован приёмник профессиональной радиостанциис однополосной модуляцией.

Курсовой проект называется «Проектирование приёмника профессиональной радиостанции с однополосной модуляцией».

Темой является радиоприемник КВ диапазона. Курсовой проект содержит 8 рисунков, 7 таблиц, содержит 67 страницы печатного текста.

Проектирование проведено в несколько этапов: выбор и обоснование структурной схемы, расчет основных узлов приемника, выбор элементной базы, разработка принципиальной схемы приемника со спецификацией к ней.

Введение

Задача данного курсового проекта заключается в изучении основ радиоприемных устройств и методов их построения. Как показывает практика, радиоприемное устройство – важнейший функциональный элемент радиотехнических систем. Оно способно принимать слабые радиосигналы и преобразовывать их к виду, позволяющему воспринимать содержащуюся в них информацию. В состав устройства входят приемник, антенна и оконечное устройство. Антенна воспринимает энергию электромагнитного поля и превращает ее в напряжение радиочастоты. Приемник выделяет из спектра приходящих колебаний нужный полезный сигнал, усиливает его за счет энергии источника питания, осуществляет обработку, ослабляя действие вездесущих помех, выполняет детектирование принятого сигнала, формируя колебания, соответствующие передаваемому сообщению. Эти колебания используются оконечным устройством для получения нужного эффекта – звукового (динамическая головка), визуального (ЖКИ, ЭЛТ) и т.д.

1. Эскизный расчет структурной схемы приемника

Типовая структурная схема современного приёмника содержит основные узлы, изображённые на рис.1. Там же обозначены коэффициенты передачи отдельных узлов и уровни напряжений на входе каждого из них при задающем напряжении или напряжённости поля, равными чувствительности приёмника.

Рис. 1. Структурная схема приемника.

Обоснование структурной схемы включает в себя:

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

· выбор элемента настройки и обоснование способа настройки;

· выбор детектора приёмника;

· выбор ИМС УЗЧ, динамической головки и узлов блока питания.

1.1. Выбор значения промежуточной частоты

Число преобразований частоты в приёмнике и значение промежуточной частоты выбирается, в первую очередь, из условий обеспечения требований по ослаблению зеркального ( ) и соседнего ( ) каналов, а также с учётом других факторов. В бытовой аппаратуре для приёмников ОМ сигналов (диапазон КВ) принято значение . В проектируемом приёмнике, исходя из требований ТЗ по ослаблению зеркального и соседнего канала, и для использования одного преобразования частоты, выберем существенно большее чем то, которое используется в стандартной бытовой аппаратуре. Выбор будет произведён в следующем пункте, исходя из выбранного нами интегрального фильтра сосредоточенной избирательности (ФСИ), выпускаемого промышленностью.

1.2. Выбор избирательной системы тракта ПЧ

Тракт промежуточной частоты играет основную роль в формировании резонансной характеристики и обеспечении требований ТЗ по ослаблению соседнего канала. Полоса пропускания приёмника ( ) приблизительно равна полосе пропускания тракта промежуточной частоты.

Значение определяется следующим образом:

, где

- полоса частот принимаемого сигнала.

- нестабильность частоты передатчика.

- нестабильность частоты настройки приёмника.

Таким образом, .

Т.к. превышает , то .

В этом случае следует применить в приёмнике систему АПЧ с коэффициентом автоподстройки:

.

В современных приемниках избирательность тракта ПЧ обеспечивается ФСИ. Выбор ФСИ производится исходя из требований ТЗ по ослаблению соседнего канала - и выбранного значения полосы пропускания приемника.

Выбираем кварцевый фильтр фирмы Аверс.

Тип фильтра	Центральная частота полосы пропускания, кГц ( )	Полоса пропускания на уровне 6 дБ, кГц ( )	Относительное затухание при расстройке , дБ
, дБ	, кГц
ФК1-6	8864.3			3.8

Выбранный фильтр обладает следующими параметрами:

Ø коэффициент передачи на центральной частоте: раз;

Ø входное сопротивление: ;

Ø выходное сопротивление: .

Коэффициент передачи напряжения ФСИ на центральной частоте:

.

1.3. Определение числа и типа избирательных систем преселектора

Число избирательных систем преселектора определяют исходя из заданного ослабления зеркального канала ( ), которое должно обеспечиваться на максимальной частоте диапазона ( ), т.е. в ''худшей точке''.

Ориентировочное значение конструктивной добротности контура преселектора на для КВ - от 80 до 180. Задаем .

Добротность эквивалентного контура:

.

Полоса пропускания эквивалентного контура:

.

Рассчитываем крутизну характеристики избирательности преселектора (в децибелах на декаду), при которой будет обеспечено выполнение требований ТЗ по ослаблению зеркального канала:

,

где – ослабление на границах полосы пропускания.

Рассчитываем число колебательных контуров преселектора:

,

где означает округление аргумента до ближайшего целого, превышающего аргумент; 20 - крутизна характеристики избирательности одного колебательного контура за пределами полосы пропускания.

Поскольку , то в преселекторе целесообразно использовать одноконтурное входное устройство и резонансный УРЧ, который помимо дополнительного ослабления помех обеспечивает снижение коэффициента шума приемника.

Проверяем выполнение требования ТЗ по ослаблению помехи с частотой, равной промежуточной ( ), на частоте диапазона ( ), ближайшей к :

,

где .

,

.

Таким образом, видим, что избирательности преселектора достаточно для ослабления помехи с частотой , поэтому включение дополнительных устройств не требуется.

1.4. Выбор способа и элемента настройки

Проектируемый приемник содержит один диапазон с коэффициентом перекрытия по частоте , где и , соответственно, максимальная и минимальная расчетные частоты. В реальном контуре параллельно конденсатору настройки всегда есть некая суммарная емкость , состоящая из паразитных емкостей схемы и, возможно, емкости подстроечного конденсатора. Выбирая элемент настройки, следует проверить выполнение условия:

, (1.1)

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

В нашем случае поддиапазон один, поэтому

.

По заданию изменение емкости контуров происходит путем изменения управляющего напряжения на варикапе (в диапазоне КВ – КВ130А), выполняющего функции КПЕ. Изменение управляющего напряжения происходит вручную – посредством изменения сопротивления переменного резистора, включенного в цепь формирования управляющего напряжения. Технические характеристики варикапа КВ130А приведены в приложении 1.

Проверка выполнения условия (1.1):

.

Условие выполняется, следовательно, можно применять варикап КВ130А.

1.5. Выбор детектора сигнала

Детектор однополосного сигнала можно выполнить с использованием аналогового перемножителя на микросхеме К174ПС1, на один вход которого подается детектируемый сигнал, а на второй – опорное колебание несущей частоты от специального генератора. В схеме опорного генератора используется кварцевый резонатор. Выполнить генератор можно либо на отдельном транзисторе, либо на микросхеме К174ПС1, принципиальная схема и электрические характеристики которой приведена в приложении 2. Напряжение сигнала на входе такого детектора составляет .

1.6. Определение требуемого усиления ВЧ тракта

Исходными величинами для расчета требуемого коэффициента усиления ВЧ тракта являются заданное в ТЗ значение чувствительности по напряжению и выбранное напряжение на входе детектора . С учетом производственного разброса параметров и старения элементов необходимо обеспечить:

.

Каскады ВЧ тракта (ВхУ, УРЧ, ПрЧ, ФСИ, УПЧ) должны в совокупности обеспечить усиление не менее , то есть необходимо иметь:

.

1.7. Оценка коэффициента передачи входного устройства

Значение существенно зависит от типа первого активного прибора (АП1). При использовании биполярного транзистора колебательный контур входного устройства подключается ко входу транзистора частично с коэффициентом включения . При этом ориентировочное значение для КВ ( ). Примем . К затвору полевого транзистора контур входного устройства, как правило, подключен полностью, поэтому будет в несколько раз больше. До детального электрического расчета о параметрах отдельных каскадов можно судить лишь ориентировочно. В частности, коэффициент передачи входного устройства может значительно отличаться от того значения, которое выбирается на данном этапе.

1.8. Выбор активного прибора УРЧ и оценка коэффициента передачи УРЧ

Каскады УРЧ выполняют, как правило, на дискретных транзисторах. В УРЧ находят применение как биполярные (БТ), так и полевые (ПТ) транзисторы.

Конкретный тип транзистора УРЧ выбирают из следующих соображений:

1. В пределах диапазона рабочих частот модуль проводимости прямой передачи ( ) должен оставаться приблизительно постоянным.

2. Коэффициент шума транзистора должен быть по возможности малым.

3. Коэффициент устойчивого усиления на высшей рабочей частоте ( ) и предельный коэффициент усиления ( ), рассчитанные по выражениям (1.2) и (1.3), желательно иметь как можно больше.

, (1.2)

, (1.3)

где

Параметры ПТ КП307 (кремниевый планарно-эпитаксиальный ПТ с диффузионным затвором и каналом n-типа):

Напряжение питания на стоке , В	5…10
Максимальное значение крутизны характеристики при , мСм
Проходная емкость , пФ	не более 1.5
Входная и выходная емкости, пФ	не более 5
Выходная проводимость , мкСм	не более 200
Входная проводимость , мкСм	не более 0.1
Коэффициент шума при , дБ	не более 6

.

.

.

Параметры БТ КТ339(биполярный кремниевый транзистор типа n-p-n по схеме с общим эмиттером):

Режим измерений	, мА
, В
, пФ	0.8
, пФ
, пФ
, Ом
, дБ
, мСм	0.7
, мкСм
, мСм	0.7
, мСм

.

.

Биполярный транзистор КТ339	Полевой транзистор КП307
9.234	163.663	3.016	670.82

Из представленных в пособии по проектированию биполярных транзисторов для сравнения с полевым был выбран КТ339, т.к. он имеет наименьшую проходную емкость. Как известно проходная емкость создает внутреннюю обратную связь. С уменьшением этой емкости ОС уменьшается, а с увеличением увеличивается, что может привести к самовозбуждению.

Выбираем биполярный транзистор, т.к. он «выигрывает» по ряду параметров, а именно: коэффициент шума БТ меньше, чем у ПТ; коэффициент устойчивого усиления на высшей рабочей частоте ( ) у БТ больше, чем у ПТ; БТ обладают большей проводимостью прямой передачи ( ) и работают при небольшом потребляемом токе (1…2 мА).

Задаемся значением коэффициента усиления УРЧ. В качестве можно принять рассчитанное по (1.2) значение , если оно не превышает 5. Но в нашем случае , поэтому во избежание перегрузки преобразователя частоты полагаем Выберем .

1.9. Выбор активного прибора и оценка коэффициента передачи ПрЧ

Преобразователь частоты может быть выполнен как на дискретных транзисторах, так и на ИМС. Будем использовать ИМС, так как в этом случае открывается возможность реализации преимуществ компенсационных схем преобразователей частоты.

Лучшей из отечественных ИМС для преобразователя частоты является ИМС К174ПС1.