На тему: «Проектирование приёмника профессиональной радиостанции с однополосной модуляцией». 2 страница

Сигнал от входного устройства или УРЧ подают между выводами 7 и 8 ИМС, при этом один из них может быть «заземлен» по переменному току через блокировочный конденсатор. Схема допускает построение ПЧ либо с совмещенным гетеродином на транзисторах, входящих в ИМС, либо с внешним гетеродином.

По способу подключения согласующего контура (СК) к выходу ИМС реализуем кольцевую схему преобразователя частоты, при которой СК подключен симметрично между выводами 2 и 3 ИМС. Более подробные характеристики схемы приведены в приложении.

На этапе эскизного расчета рекомендуется принять коэффициент передачи преобразователя частоты при работе в диапазоне КВ. Примем .

1.10. Определение структуры тракта УПЧ

Оцениваем требуемое усиление тракта УПЧ:

Для построения тракта УПЧ будем пользоваться ИМС малой степени интеграции (ИМС К174ПС1). На данной ИМС может быть выполнен дифференциальный усилительный каскад с резонансной нагрузкой и с возможностью регулировки коэффициента усиления системой АРУ. При таком включении можно получить . Таким образом: . Число каскадов УПЧ, при котором коэффициент усиления тракта УПЧ в целом будет не меньше , определяется исходя из формулы (1.4)

(1.4)

Так как необходимо использовать два каскада УПЧ, в итоге получаем усиление тракта УПЧ

Уточним реализуемый коэффициент усиления высокочастотного тракта в целом:

.

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

Предполагаем, что усиление УРЧ достаточно ( ) и в силу этого можно пренебречь вкладом шумов последующих каскадов в общий уровень шума приемника.

Определим коэффициент шума первого активного прибора (АП1):

где

- минимальный коэффициент шума активного прибора;

- проводимость генератора, при которой обеспечивается минимальный коэффициент шума;

– проводимость генератора, которую «видит» АП1 в реальной схеме;

.

.

Рассчитываем напряжение шума приемника, подведенное к входу АП1.

Определяем отношение сигнал/шум на входе приемника при уровне сигнала равном чувствительности:

Отношение сигнал/шум на выходе приемника определяется по следующей формуле:

.

Полученное значение пересчитываем в дБ и сравниваем с требованиями ТЗ:

,

что превышает заданное значение , т.е. требования ТЗ выполняются.

Определяем которое понадобится при детальных расчетах:

, где

рассчитывается по приведенным выше формулам, полагая

что соответствует .

Следовательно, мкВ.

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

Для реализации УЗЧ выбираем ИМС отечественного производства К174УН4А, схема и электрические характеристики которой приведены в приложении 3.

Динамическая головка проектируемого приемника выбирается из условия обеспечения номинальной выходной мощности и заданного диапазона воспроизводимых частот. Используем динамическую головку 1ГД-38, сопротивлением 4 Ом и номинальной мощностью 1 Вт.

Регулирующее напряжение на варикап КВ130А, выполняющего функции КПЕ, подаётся потенциометром от стабилизатора напряжения 9В/1А NM1013, схема и технические характеристики которого приведены в приложении 4.

В качестве элементов питания устройства используем стабилизатор напряжения 9В/1А NM1013.

2. Расчет входных устройств

2.1. Расчет контуров преселектора

2.1.1. Выбор схемы контура

Определяем номинальный коэффициент перекрытия диапазона в соответствии с заданием:

.

При электронной настройке и любом по характеристике варикапа всегда можно выбрать и так, что схема контура будет соответствовать нерастянутому диапазону (см. рис. 2).

Рис. 2. Ориентировочная схема входного устройства.

На схеме использованы следующие обозначения:

- индуктивность катушки контура;

- элемент настройки (варикап);

, где

- собственная ёмкость катушки индуктивности (несколько пФ);

- ёмкость монтажа (единицы пФ);

- блокировочный конденсатор.

Для гарантированной настройки на краях диапазона определяем расчетные частоты с запасом по перекрытию:

,

,

где

Определяем фактический коэффициент перекрытия:

.

и среднюю расчетную частоту:

Проверяем выполнение условия:

- выполняется.

2.1.2. Расчет емкостей контура нерастянутого диапазона

Определяем минимальную и максимальную емкости контура:

.

.

Определяем ориентировочное значение емкости дополнительного конденсатора:

.

2.1.3. Расчет индуктивности, полосы пропускания и проводимости контура

Определяем индуктивность контура:

.

На расчетных частотах определяем проводимость и полосу пропускания контура. В случае расчет производится на трех частотах диапазона: , , ( ).

При :

.

.

При :

.

.

При :

.

.

Полученные значения , , являются конструктивными параметрами колебательного контура, т.е. «чистого» контура без учета влияния подключаемых к контуру внешних цепей.

2.2. Выбор схемы входного устройства

Выбрать схему входного устройства означает выбрать вид связей контура с антенной и АП1. Вид связи влияет на неравномерность резонансного коэффициента передачи в пределах диапазона. Величина связи (значения и ) влияет на значение , т.е. на чувствительность приемника.

При выборе вида связи необходимо учитывать также частотные зависимости проводимости антенной цепи и проводимости эквивалентного колебательного контура .

Частотная зависимость проводимости антенной цепи определяется типом антенны (характером сопротивления антенны – преимущественно емкостным или активным) и видом связи контура с антенной.

Зависимость от частоты очевидна при следующей записи:

,

где - добротность эквивалентного контура, которая с ростом частоты обычно уменьшается. Однако рост характеристического сопротивления компенсирует это уменьшение и в целом с ростом частоты всегда уменьшается.

Связь контура с АП1 может быть трансформаторной, автотрансформаторной или внутриемкостной. Выберем трансформаторную связь с АП1:

При трансформаторной связи - взаимная индуктивность между и . При этом

- коэффициент включения (трансформации) контура во входную цепь АП1 и от частоты не зависит.

Связь контура с антенной может быть трансформаторной (автотрансформаторной), либо внешнеемкостной. Связь с антенной выбираем внешнеемкостную.

При внешнеемкостной связи мы можем по своему усмотрению выбирать элемент связи общий для колебательного контура и антенной цепи. Это может быть либо индуктивность, либо ёмкость контура.

, , .

Сопротивление связи практически равно характеристическому сопротивлению эквивалентного контура, значение близко к единице от частоты настройки он не зависит.

Итоговая схема входного устройства представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема входного устройства.

2.3. Расчет схемы входного устройства

2.3.1. Исходные данные

Исходными данными являются:

Ø – сопротивление антенны при настроенной антенне.

Ø - входная проводимость АП1, .

Ø - разброс входной емкости АП1.

Ø - оптимальное с точки зрения значение проводимости генератора, которую «видит» АП1.

Ø Расчетные частоты диапазона: от до .

Ø Схема и конструктивные параметры контура, рассчитанные в п.2.1.

Ø Входная емкость приемника .

Ø Выбранное значение коэффициента расширения полосы пропускания (коэффициент ухудшения избирательности):

.

Расчет входного устройства состоит из трех этапов:

- определение элементов связи контура с АП1;

- определение элементов связи контура с антенной;

- расчет параметров спроектированного входного устройства при выбранных рабочих частотах.

2.3.2. Определение элементов связи контура с АП1

Расчет начинают с определения допустимого значения коэффициента включения в наихудших условиях. При трансформаторной связи его определяют на .

Рассчитываем допустимые значения исходя из условий:

- получения максимального коэффициента передачи при заданном расширении полосы:

,

- смещения частоты настройки входного контура не более чем на половину полосы пропускания

.

Из полученных значений выбираем наименьшее и обозначаем .

При трансформаторной связи определяем значение индуктивности связи:

,

где - коэффициент магнитной связи между катушками; его принимают равным 0.2…0.6 в зависимости от типа намотки и взаимного расположения катушек.

.

Значение в диапазоне частот остается постоянным.

2.3.3. Определение элементов связи контура с антенной при

Определяем элементы связи контура с антенной при , т.к. по заданию антенна настроенная.

При внешнеемкостной связи с антенной, исходя из заданного расширения полосы, рассчитывают значение активной проводимости , подключающейся параллельно контуру.

.

, где

.

Значение в диапазоне частот можно считать равным единице.

2.3.4. Расчет результирующих характеристик одноконтурного входного устройства

Расчет производим на трех частотах диапазона.

Рассчитаем модуль полного сопротивления антенной цепи и активную составляющую проводимости антенной цепи , включенную параллельно контуру:

- При :

.

Рассчитываем следующие характеристики:

- проводимость эквивалентного контура:

- коэффициент расширения полосы пропускания (коэффициент ухудшения избирательности):

.

- добротность эквивалентного контура:

.

- проводимость эквивалентного генератора:

.

- полосу пропускания входного устройства:

.

- резонансный коэффициент передачи входного устройства:

.

- При :

-

-

- .

Рассчитываем следующие характеристики:

- проводимость эквивалентного контура:

- коэффициент расширения полосы пропускания (коэффициент ухудшения избирательности):

.

- добротность эквивалентного контура:

.

- проводимость эквивалентного генератора:

.

- полосу пропускания входного устройства:

.

- резонансный коэффициент передачи входного устройства:

.

- При :

-

-

- .

Рассчитываем следующие характеристики:

- проводимость эквивалентного контура:

- коэффициент расширения полосы пропускания (коэффициент ухудшения избирательности):

.

- добротность эквивалентного контура:

.

- проводимость эквивалентного генератора:

.

- полосу пропускания входного устройства:

.

- резонансный коэффициент передачи входного устройства:

.

Результаты расчета сведены в таблицу:

	Параметры
		0.156	1.35*10-4	1.566*10-4	1.16
		0.156	1.276*10-4	1.504*10-4	1.179
		0.156	1.206*10-4	1.447*10-4	1.2
	Параметры
	155.205	5.931*10-3	167.6*103	0.603
	152.676	5.68*10-3	180.3*103	0.668
		5.446*10-3	194.1*103	0.735

Неравномерность коэффициента передачи в пределах диапазона:

.

3. Расчет коэффициента нелинейности и напряжения шума АП1

3.1. Цели проектирования

В ТЗ требования по двухсигнальной избирательности заданы нормой на коэффициент интермодуляции 3-го порядка.

вызванный двумя помехами с амплитудами U_п1 и U_п2 и отстройками и . В общем случае K_им могут быть рассчитаны по следующим выражениям:

, где U_п1 – амплитуда помехи, ближе расположенной к частоте сигнала. Подбор транзистора АП1 и режима его работы с требуемым значением параметра нелинейности (ПНЛ) приводит к вариациям входной проводимости УРЧ g_вх а это, в свою очередь, к изменению коэффициента передачи входного устройства и чувствительности приёмника. В силу этого проектирование преселектора необходимо производить методом последовательного приближения.

3.2. Порядок проектирования

1блок. Выбор транзистора и начального режима его работы: начальных значений постоянной составляющей тока I_0нач, проводимости прямой передачи g₂₁₀, входной проводимости g₁₁, входной ёмкости С₁₁, оптимальной проводимости источника сигнала g_гопт, коэффициента шума АП1 K_шАП.

2блок. Расчёт параметров входного устройства при выбранном режиме работы АП1.

В результате расчёта должны быть получены значения следующих величин, необходимых для дальнейшего проектирования:

· минимальное и максимальное значения коэффициента передачи входного устройства (K_0вхмин и K_{0вхмакс}) в пределах рассчитываемого поддиапазона.

· значение добротности Q_кэ и полосы пропускания на частотах настройки, соответствующих K_0вхмин и K_{0вхмакс}.

3блок. Проверка требований по двухсигнальной избирательности. Рассчитываем напряжения сигнала и помех на входе АП1 при настройке на f_0вх = f_макс:

где - ослабление i-ой помехи в одноконтурном входном устройстве при заданной отстройке . Значение обобщённой расстройки рассчитывается по выражению