Реферат: Расчет супергетеродинного приемника

Введение

Звукотехникаявляется одной из областей массовой технологической деятельности, при которой средствами электроникиосуществляется обработка, накопление и распространение в электрической формесигналов звукового диапазона частот. Современная звукотехника направлена наудовлетворение потребностей человека в знаниях, культуре, образовании. Благодаря повсеместному распространению звукотехнических устройств в сочетании со средствамимассовой аудиовизуальной информации и коммуникации формируется та содержательнаячасть окружающей человека искусственной акустической среды, которая оказывает, как правило, позитивноерациональное и эмоциональное воздействие на людей.

Широкое распространение стереофонии началось с 50-х годов. Однако первая попытка пространственной звукопередачибыла предпринята почти 100 лет назад, сразу же после изобретения телефона. В 1881 году на Всемирной выставке в Парижеизобретатель Клемент Адеросуществил двухканальную передачу звука из оперного театра. Передача велась потелефонным проводам, соединенным с двумя группами микрофонов, одна из которыхразмещалась справа, а другая слева от сцены. Посетители выставки, ведяпрослушивание на несколько пар головных телефонов, могли определитьрасположение певцов на сцене, а также размещение инструментов в оркестре. В1912 году подобные опыты были проведены в Берлине. Передача из оперного театра велась по двум телефонным линиями воспроизводилась несколькими громкоговорителями. В 20-х годах былипредприняты попытки стереофонической передачи по двум радиоканалам.

Как только кинематограф сталзвуковым, представилось целесообразным заставить звук следовать заперемещениями актеров вдоль экрана. В1930 году французский кинорежиссер АбельГанс осуществил пространственное воспроизведениезвука в зале кинотеатра, для чего установилгромкоговорители не только за экраном, но и в самом зале. Советские инженеры Б.Н. Коноплев и М. З. Высоцкий в 1936-1937 годах провели работы по съемке идемонстрации в столичном кинотеатре «Москва» фрагментов обычного 35-мм кинофильма с двухканальным стереофоническим звуковым сопровождением. Вэти же годы во Всесоюзном научно-исследовательском кинофотоинституте(НИКФИ) под руководством П. Г. Тагера были

проведены опыты по двухканальной записи и воспроизведению звука в кино с целью изучениястереофонического эффекта.

Опыты проводились и в областистереофонической грамзаписи. В 1931 году английский изобретатель А. Блюмейн предложилспособ записи двух сигналов в одной канавке грампластинки путем независимой модуляциистенок канавки. Спустя два года фирма «Коламбия грэмофон компани» изготовила стереофоническиегрампластинки по этому способу.

По мере накопления опыта итеоретического осмысливания результатов, выяснились некоторые недостатки иограничения, свойственные двухканальной стереофонии: эффект провала звука в центре между громкоговорителями,узкая зона прослушивания, в которой ощущается стереоэффект, искажениялокализации источников звука. Поэтому были предприняты эксперименты по трехканальнойстереофонической передаче симфонических концертов.

В 1933-1935 годах такиеэксперименты в США провел Г. Флетчер совместно с дирижером Л. Стоковским,а в СССР — И. Е. Горон.

В Москве передача осуществлялась изКолонного зала Дома Союзов, где перед оркестром на сцене были установлены микрофоны,в Октябрьский зал. Качество воспроизводимого звучания было настолько высоким,что создалось полное впечатление присутствия на сцене Октябрьского зала самого оркестра, а не системы громкоговорителей.

Эксперименты со стереофоническимизаписями на кинопленке, а потом на магнитной ленте продолжались и в послевоенныегоды. Однако только в 50-е годы эти разработки стали осваиватьсяпромышленностью.

Первые успехи были достигнуты в кинематогорафе, когда было налажено производствоширокоэкранных кинофильмов по системе «Синемаскоп» с четырехканальной магнитнойфонограммой. Это была первая практическаяреализованная система квадрофонии. Три каналастереофонической передачи работали на заэкранныегромкоговорители, а четвертый — так называемый канал звуковых эффектов — нагромкоговорители, расположенные на стенках по периметру зала. В СССР широкоэкранные кинофильмы со стереозвуком демонстрируются с1954 года.

Были выпущены также панорамныекинофильмы с семью в американской системе и девятью в советской системеканалами звукового сопровождения. В отечественной системе пять каналовобслуживали заэкранные громкоговорители, а остальныеканалы четыре группы громкоговорителей, расположенные соответственно на правой,задней и левой стенках, а также на потолке зрительного зала кинотеатра. Вширокоформатных фильмах на 70-мм кинопленке в настоящее время используется секстафония, т. е. шестиканальная стереофония: пять каналовработают на заэкранные громкоговорители и один канал- на громкоговорители зрительного зала.

В 1958 году был разработан принятыйзатем во многих странах способ записи стереофонических грампластинок путеммодуляции двух стенок канавки, в основе которых лежат идеи А. Блюмейна. В 60-х годах стереофонические грампластинки уже нашли широкое распространение в быту.Стали выпускаться стереофонические бытовые проигрыватели и магнитофоны — катушечные, а затем и кассетные.

С конца 50-х годов в ряде странстали проводиться интенсивные работы по созданию стереофоническогорадиовещания. Первая стереофоническая радиопередача в нашей стране состоялась в1960 году. Использовалась система с полярной модуляцией, разработанная воВсесоюзном научно-и

cследовательском институте радиовещательного приема и акустики(ВНИИРПА) имени А. С. Попова. В 1961 году в США была разработана и внедренасистема стереофонического радиовещания пилот-сигналом, предложенная фирмами «Дженерал электрик» и «Зенит». Вскоре этот способ с небольшимиизменениями был принят рядом радиостанций Канады, Японии, а также некоторымиорганизациями Европы. Как система с пилот-сигналом,так и система с полярной модуляцией рекомендована Международной консультативнойкомиссией по радиовещанию (МККР) для применения в международном радиовещании.

Двухканальная стереофония получилав 60-х годах довольно широкое распространение. В то же время наиболее квалифицированныелюбители музыки начали отмечать ее недостатки: недостаточно полную передачуакустической «атмосферы» зала и глубины звуковой картины, ограниченность зоныстереоэффекта при прослушивании. Все чаще начали производиться опыты по трех- ичетырехканальному воспроизведению.

В 1969-1971 годах на мировом рынкепервые образцы четырехканальной (квадрофонической)аппаратуры: магнитафоны, электрофоны, грампластинки.Начались опытные квадрофонические радиопередачи.

Вначале квадрофониябыла принята как новинка, которой вряд ли суждено получить широкоераспространение: слишком уж дорогой ценой — двухкратнымувеличением числа каскадов — улучшается стереофонический эффект. Дальнейший ходсобытий не подтвердил этого, квадрофония продолжает привлекать к себе все большелюбителей высококачественного звуковоспроизведения.

Современная звукотехникаразвивается в двух основных направлениях. Во-первых, это все болеерасширяющееся применение интегральных схем и, во-вторых, использование цифровойтехники не только для управления и регулирования, но и для передачи сигналов.Современные способы передачи и записи звука, реализованные, например, в системекомпакт-диск, потребовали аналоговых усилителей с весьма высокими показателямикачества: динамическим диапазоном до 100 Дб икоэффициентом нелинейных искажений около 0,002. Управляющие звенья, где всечаще используются средства цифровой техники, это такие электронные устройства,как, например, переключатели, регуляторы громкости, тембра и т.д. Быстропрогрессирующие возможности интегральной схемотехникипрежде всего используются в указанных областях.

При обработке сигналов вэлектронных звуковых устройствах стремятся по возможности более полно сохранитьсодержащуюся в сигналах информацию. При этом объективная оценка качества звукотехнических устройств осуществляется по следующим основнымпоказателям:

- линейные искажения (неравномерность амплитудно — и фазочастотной характеристик),

- нелинейные искажения и паразитная модуляция(появление новых составляющих вчастотном спектре сигнала, вариации уровня и частоты подаваемых сигналов — детонация),

- относительный уровень помех (отношение сигнал/помеха).

Совершенствующиеся методы анализа звукотехническихсхем позволяют вскрывать все новые причины, приводящие к искажениямпри воспроизведении. Решающую роль при анализе электронных схем звуковогооборудования играют расчеты и моделирование на ЭВМ, а при конструировании — машинноепроектирование. Значителен прогресс и в технике звукотехническихизмерений. Только благодаря новым методам и средствам измерений стало возможнымобъективное подтверждение самых различных эффектов, предсказуемых на основерасчетов.

1 Исходные данные

Чувствительность РПУ Е (

mВ/м) = 0,15.

Выходная мощность

Pвых (Вт) = 1.

Коэффициент частотных искажений М (дБ) = 1.

Диапазан

принимаемых частот fmin — fmax (кГц) = 150-400.

Избирательность по зеркальному каналу

Sез (дБ) = 25.

Избирательность по соседнему каналу

Sес (дБ) = 24.

Избирательность по промежуточной частоте

Sепр (дБ) = 23.

Диапазон воспроизводимых частот

fн — fв (кГц) = 0,1-5.

2 Расчетная часть

2.1

Выбор числа поддиапазонов

Для того, чтобы приемник мог принимать сигналы от различныхстанций, имеющих различные частоты, он должен иметь перестраиваемую резонанснуюсистему для настройки на эти частоты.

Перестраиваемые резонансные системы находятся во входной цепи, гетеродине ив усилителях высокой частоты (ВЧ), если они резонансные.

Конструктивно настройка этих каскадов — это изменениереактивных элементов резонансной системы: индуктивности или емкости. Чаще всегореактивный элемент — емкость.

Конструктивно невозможно перестраивать емкость так, чтобырезонансная частота изменялась от fmin ДВ-диапазона до fmaxУКВ-диапазона. Поэтому диапазон частот, который должен принимать приемник,разбивают на поддиапазоны.

Переход с поддиапазона на поддианазон осуществляется при помощи переключающихсяиндуктивностей.

Критерием, длятого чтобы узнать, необходимо ли разбивать диапазон приемника на поддиапазоны, служит коэффициент диапазона Кg, рассчитываемый по формуле (2.1)

fmax

Кg = fmin , (2.1)

где fmax — максимальная частотадиапазона, КГц;

fmin

— минимальная частота диапазона, КГц.

Исходя из моих данных

400

Кg = 150 = 2,66.

Разбивка на поддиапазоны производится, если Кg > 3. Так как в данном случае Кg= 2,66, то разбивка на поддиапазоны не нужна, то естьможно перекрыть диапазон одним переменным элементом. Следовательно в моемслучае будет однодиапозонный приемник. Исходя из этого входная цепь будет выглядетьсогласно рисунку 2.1

L

к

Ск

WA 1

L св <img src="/cache/referats/355/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1029 _x0000_s1030"> <div v:shape="_x0000_s1050">

Рисунок 2.1

2.2 Выбор промежуточной частоты

Так как для реализации своих исходных данных я выбралсхему супергетеродинного приемника, то большое значение для обеспечения постоянстваего качественных показателей на заданном уровне, приобретает правильный выборпромежуточной частоты fпр

.

При выборе промежуточной частотынеобходимо руководствоваться следующими соображениями. Промежуточная частотадолжна находиться вне диапазона принимаемых частот и не должна совпадать счастотами мощных радиостанций, в противном случае сигнал будет подавлен сигналамиэтих радиостанций.

Промежуточная частота должна иметь стандартное значение, установленное ГОСТом,поскольку на таких частотах мощные радиостанции не работают.

Выбранная промежуточная частотадолжна иметь такое значение, при котором наиболее эффективно можно будет обеспечитьхорошую избирательность как по соседнему, так и по зеркальному каналу.

Для обеспечения более высокой избирательности по зеркальномуканалу Seз, промежуточная частота должна быть повозможности выше (зеркальный канал отстает от полезного на 2fпр), а дляобеспечения избирательности по соседнему каналу Sез — как можно ниже (соседний канал отстает от полезного на величину 10 кГц). Однакос увеличением fпр ухудшается добротностьизбирательной системы фильтра сосредоточенной селекции (ФСC), а следовательноне произойдет обеспечение высокой избирательности по соседнему каналу, вследствии чего на нагрузке радиоприемного устройства (РПУ) будет выделятьсясигнал с частотой fпр 10 кГц. Поэтому, чтобы этого неслучилось необходимо, чтобы ФСC обладал достаточно высокой избирательностью, а это возможно только придостаточно низкой fпр, так как при уменьшении fпр увеличивается добротность.

При большой fпрдобротность ФСC меньше, его АЧХ имеет более пологие скаты и более широкую полосу пропускания, в

которую входит сигнал с соседнего канала. В случае, если fпр меньше — добротность ФСC больше, полоса пропусканияменьше и сигнал с соседнего канала в эту полосу не входит.

Возникло противоречие: с однойстороны нужно увеличить fпр для обеспечения высокой Sез, с другой стороны нужно уменьшить Sпрдля обеспечения высокой Sез. Поэтому чтобыудовлетворить эти два условия нужно выбрать необходимую fпр.

Следуя ГОСТу видно, чтопромежуточная частота для ДВ, СВ и КВ диапазонов равна 465 кГц, для УКВдиапазонов 10,7 МГц, а для радиолокационныхРПУ fпр = 100 МГц.

Исходя из выше написанного,сделаем вывод, что для данного приемника промежуточная частота равна 465 кГц,так как данный приемник длинноволновый.

Так же необходимо обеспечитьизбирательность по промежуточной частоте. Если на частоте равной промежуточнойбудет работать передатчик, то смеситель преобразователя для этой частоты будетявляться резонансным усилителем и из-за некоторых резонансных свойств тракта ВЧв нагрузке РПУ мы будем слышать на ряду с полезным сигналом сигнал-помеху на fпр. Ослабить этот побочный канал можно включением в цепьантенны фильтра «пробка».

Из вышесказанного следует, чтоизбирательность по побочным каналам, а так же другие показатели РПУ зависят отправильного выбора промежуточной частоты.

2.3 Выбор параметров избирательнойсистемы тракта ВЧ

Избирательные системы трактавысокой частоты (ТВЧ) представляют собой резонансные системы. Они ставятся вовходных цепях и каскадах усилителей ВЧ и обеспечивают избирательность по зеркальномуканалу.

Количество резонансных системберется исходя из требований к избирательности по зеркальному каналу.

Так как моя избирательность

465 кГц (для моего диапазона принимаемых частот

150-400 кГц) избирательность одного резонансного контура

Slзер = 25-40 дБ, то втракте ВЧ ориентировочно достаточно одного контура.

Исходными данными для определенияпараметров избирательной системы тракта ВЧ является заданная избирательность Sезер иполоса пропускания тракта ВЧ (2

DFтвч).

Добротность контуров тракта ВЧ (Qэ) необходимо рассчитать так, чтобы одновременноудовлетворить двум условиям: обеспечить избирательность по зеркальному каналу ипропустить полосу частот не уже 2

DFтвч.

Таким образом, исходя из условияобеспечения избирательности, рассчитываем добротность Qэипо формуле (2.2)

6444448

Slзер_*_fmax

_

ⁿÖ_ fmax+2fпр________

Q

эи = ìfmax+2fпр _ fmax__ü

î fmax fmax+2fпр þ , (2.2)

где n — количество ориентировочно выбранных контуров;

S

lзер - заданноезначение избирательности по зеркальному каналу, дБ;