Реферат: Расчёт супергетеродинного приёмника ДВ, СВ волн

1.1 Введение

Изобретениерадиосвязи великим русским ученым А.С. Поповым в 1895 г. – одно из величайшихоткрытий науки и техники.

В1864 г. английский физик Максвелл теоретически доказал существованиеэлектромагнитных волн, предсказанное еще Фарадеем, а в 1888 г. немецкий ученыйГерц экспериментально доказал существование этих волн. Опыт Герца состоял втом, что с помощью катушки Румкорфа в пространстве создавались слабыеэлектромагнитные волны, воспринимаемые тут же расположенным «резонатором».Слабая искра в резонаторе свидетельствовала о приеме высокочастотныхэлектромагнитных колебаний. Казалось, что принцип связи без проводов уженайден, стоит лишь увеличить мощность передающего устройства. Именно по этомупути и шли ученые, которые хотели использовать волны Герца для связи безпроводов. Однако это не привело к существенным результатам.

Другимпутем пошел А. С. Попов, обратив основное внимание на отыскание возможностейприема очень слабых сигналов, т.е. на повышение чувствительности приемника.

7мая 1895 г. А.С. Попов на заседании Физического отделения Русскогофизико-химического общества в Петербурге демонстрировал прибор, принимающийэлектромагнитные колебания. Этот прибор был первым в мире радиоприемным устройством;к нему было добавлено регистрирующее устройство и создан грозоотметчик.

Радиоприемноеустройство Попова отличалось от приемных устройств предшествующихисследователей (Герца, Лоджа) двумя особенностями: наличием антенны ииспользованием усиления принятого сигнала.

Вдальнейшем Попов значительно повысил чувствительность своего приемника, введя всхему своего радиоприемника колебательный контур, настраиваемый в резонанс счастотой электромагнитных колебаний.

В1904 г. английский ученый Флеминг изобрел двухэлектродную лампу (диод), а в1906 г. Ли де Форест ввел в нее третий электрод – управляющую сетку.Электронная лампа вызвала большие изменения в технике радиосвязи. Дальнейшееразвитие техники радиоприема было связано с усовершенствованием электронныхламп. С 1918 г. стали применять так называемую регенеративную схему, котораяпозволила значительно повысить чувствительность и избирательностьрадиоприемников.

В1918 г. Армстронг получил патент на схему супергетеродинного приемника. Вначале 30-х годов были созданы многосеточные лампы, в связи, с чемсупергетеродинные схемы становятся основными для большинства выпускаемыхрадиоприемников. В 60-е годы началось освоение инфракрасного и оптическогодиапазонов волн. Развитие радиолокационной техники привело к разработке новыхметодов усиления слабых электрических колебаний. Были созданы малошумящиеусилители СВЧ с использованием ламп бегущей волны, молекулярные ипараметрические усилители, усилители на туннельных диодах. Развитиеполупроводниковой электроники привело к новому направлению в разработке методови устройств приема и обработки информации – микроэлектронике. Успехи в развитиисовременной микроэлектроники позволяют значительно улучшить основные параметрырадиоприемников. Замена целых функциональных узлов и блоков радиоприемникаинтегральными микросхемами, замена конденсаторов переменной емкости иливарикапными матрицами позволяют использовать новые методы конструированиярадиоприемников, как-то: синтез частот, бесшумная настройка, автоматическаярегулировка полосы пропускания при изменении уровня входных сигналов,программное управление приемником и т.д.

Современнаятехнология производства радиоэлектронной аппаратуры, принципиально новыесхемные решения, реализация которых стала возможной на ее основе, так какколичество элементов и сложность схем при использовании интегральных микросхемперестали быть ограничивающими факторами, позволили резко повысить качественныепоказатели всех видов радиоприемных устройств.

Современныерадиоприемные устройства обеспечивают надежную связь с космическими станциями,работают в системах спутниковой связи, в многотысячекилометровых радиорелейныхлиниях. Судовождение, авиация немыслимы сегодня без совершенныхрадиолокационных станций.

Современнаянаучно-техническая революция находит свое яркое выражение в бурном развитиирадиотехники, в частности техники радиоприемных устройств.

1.2 Эскизный расчет приемника

Вариант№20

Параметры приемника:

1.

Диапазонпринимаемых частот fн÷fв, кГц …………… ДВ, СВ.

2.

Чувствительностьна магнитную антенну Еа, мВ/м …………..………… 3

3.

Селективностьпо соседнему каналу δск, дБ……………………………….40

4.

Селективностьпо зеркальному каналу δзк, дБ ……………………………30

5.

Выходнаямощность Pвых, Вт.……………………………………………0,15

6.

Спектрвоспроизводимых частот Fн÷Fв, Гц………………………..300÷3500

7.

Неравномерностьчастотной характеристики М, дБ ……………………..12

8.

Коэффициентнелинейных искажений Кг, %.………………………………8

9.

ДействиеАРУ на входе ………………………………………………….25дБ

навыходе………………………………………………….6дБ

10.

Вид питания – батарея 6В

11.

Рассчитать принципиальную схему каскадов АД иУННЧ

12.

Рассчитать частотную характеристику УНЧ

1.2.1 Определение и выбор типарадиоприемного устройства

Длявыбора типа радиоприемного устройства воспользуемся ГОСТ 5651-89. Аппараты поэлектрическим и электроакустическим параметрам подразделяют на три группысложности: высшую (0); первую (1) и вторую (2). Брем таблицу с трактом АМ – этотракт приема программ радиовещательных станций в диапазонах ДВ, СВ и КВ, адиапазон нашего приемника ДВ, СВ. Но мы не берем высшую группу сложности, таккак наш радиоприемник не совпадает с ней ни по одному параметру.

Тракт АМ

Табл. №1

Наименование параметра

Норма для аппаратов группы сложности

1.

Чувствительность, ограниченная шумами, при отношении сигнал/шум не менее 20дБ:

по напряжению со входа для внешней антенны, мкВ не хуже в диапазонах:

ДВ

СВ

по напряженности поля, мВ/м, не хуже, в диапазонах:

ДВ

СВ

2.

Диапазон воспроизводимых частот звукового давления всего тракта при неравномерности частотной характеристики звукового давления 14 дБ в диапазоне СВ и 18 дБ в диапазоне ДВ, Гц, не уже для стационарных аппаратов . для переносных аппаратов

3.

Общие гармонические искажения всего тракта по электрическому напряжению на частоте модуляции 1000 Гц, при М=0,8; Рвых = Рвых ном (Uвых= Uвых ном), %, не более

4.

Отношение сигнал/фон с антенного входа для аппаратов с питанием от сети переменного тока, дБ, не менее

100

1,5!

0,7

50-6300

125-5600

По ТУ !

По ТУ!

По ТУ

По ТУ !

125-3550

315-3150!

Наименование параметра

Норма для аппаратов группы сложности

5. Действие автоматической регулировки усиления:

изменение уровня сигнала на входе, дБ

изменение уровня сигнала на выходе, дБ, не более

6. Односигнальная избирательность по соседнему каналу при расстройке ±9 кГц, дБ, не менее

7. Односигнальная избирательность по зеркальному каналу, дБ, не менее, в диапазонах:

ДВ (на частотах 200 кГц)

СВ (на частотах 1000 кГц, по ТУ)

50(40)**

30!

10!

По ТУ!

40(26)**

34(20)**

* Для аппаратов объемов менее 0,001 м3диапазон устанавливают в ТУ.

** Для аппаратов объемом менее 0,001м3.

При сравнении параметровприведенных в таблице с параметрами нашего приемника, во втором классеприемника (2) было найдено 7 совпадений (отмеченных знаком !), тогда как впервом классе (1) – лишь 1 совпадения (отмеченных знаком !). В первом случае совпаличувствительность магнитной антенны,действие автоматической регулировки усиления, односигнальная избирательность пососеднему каналу и диапазон воспроизводимых частот. Во втором случае совпалалишь чувствительность магнитной антенны.

Наэтом основании я выбираю 2 класс сложности радиоприемного устройства.

1.2.2 Выбор поддиапазонов и их границ

Если при неизменнойиндуктивности контура не может быть обеспечено перекрытие всего диапазонаприемника переменным конденсатором, а также для удобства и большей точностиустановки частоты и настройки приемника на станции диапазона коротких иультракоротких волн, диапазон приемника делится на отдельные поддиапазоны.Предварительный выбор числа усилительных каскадов и избирательных контуровприемника необходимо производить на каждом поддиапазоне отдельно. Поэтомупредварительный расчет приемника необходимо начинать с выбора числа необходимыхподдиапазонов и определения их границ.

В радиовещательныхприемниках разбивка на поддиапазоны производится согласно ГОСТ 5651-89. Всоответствии с этим дополнительно на поддиапазоны разбивается только КВ.диапазон, а остальные проверяются на обеспечение выбранным блоком переменныхконденсаторов заданного перекрытия частот. Диапазон КВ. радиовещательногоприемника обычно делится на 2-3 поддиапазона или выделяется несколькорастянутых поддиапазонов.

<img src="/cache/referats/15979/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1026"><img src="/cache/referats/15979/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1027"><img src="/cache/referats/15979/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1028"><img src="/cache/referats/15979/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1029">Так как в технических требованиях наприемник границы поддиапазонов и их количество не заданы, мы рассчитываемкоэффициент перекрытия всего диапазона. Выбираем двух секционный блокконденсаторов переменной ёмкости Тесла Cmin=5пф и Cmax=385пф, габаритные размеры блока25*25*25мм. Определяем коэфицент диапазона Кд, задавшись ёмкостью схемыСсх=30пф, по формуле:

<img src="/cache/referats/15979/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1030"><img src="/cache/referats/15979/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1031"><img src="/cache/referats/15979/image007.gif" v:shapes="_x0000_s1032"> <img src="/cache/referats/15979/image008.gif" v:shapes="_x0000_s1033">Кд = (Сkmax+Ссх)/(Сkmin+Cсх) = (385+30)/(5+30) = 3,44

По формуле: Кд.с.= f′cmax/f′

cmin определяем требуемый коэфицент диапазона почастоте Кд. с, предварительно рассчитав f′cmaxи f′cminпо формулам:

f′

c max = 1.02*fc max,

f′

c min = fc min/1.02,

Так как мне незаданы частоты диапазонов ДВ и СВ то по ГОСТ 5651-64 я принимаю для ДВ:150÷408кГц; для СВ: 525÷1605кГц

Для (ДВ): f′

cmax= 1.02*408 =416,16кГц f′cmin=150/1.02 = 147,05кГц ,

Кд.с=416,16/147,05=2,8

Для (СВ):f′

cmax= 1.02*1605=1637.1кГц f′cmin= 525/1.02 =514.7кГц

Кд.с=1637,1/514,7=3,180

Проверяем выполнение условия чтобы Кд≥

Кд.с:

Для (ДВ):3,44>2,8 для (СВ): 3.44>3.180,

Так какусловие выполняется то в приёмнике применяется один диапазон для (ДВ), и одиндиапазон для (СВ).

1.2.3Проверка перекрытия поддиапазонов

После выбора блокапеременных конденсаторов необходимо проверить, сможет ли он обеспечитьперекрытие всех поддиапазонов приемника.

Порядок расчета:

1. Определяетсяэквивалентная емкость схемы С’сх, при которой выбранный ранее блокпеременных конденсаторов обеспечит перекрытие данного поддиапазона k’пд.

Для (ДВ) и для (СВ):

С’сх= (Сmax– Кд2Сmin) / (Кд2 – 1) = (385 – 3,442∙5) /(3,442 – 1) = 325,83/10,83=30,08пф

2. Так как на всехподдиапазонах С’сх > 0, то необходимо вычислить действительнуюемкость схемы:

Ссх =См + СL+ Свн = 15 + 15 = 30 пФ

где См –емкость монтажа (см. табл. №3)

СL– собственная емкость катушки контура(см. табл. №3)

Свн – емкость, вносимая вконтур электронным прибором на рабочей частоте. Емкость, вносимую в контурэлектронным прибором на рабочей частоте, мы не вычисляем и принимаем равной 0.

Табл. №3

Диапазон

Емкость монтажа См, пФ

Емкость катушки СL, пФ

Длинные волны (ДВ)

Средние волны (СВ)

Короткие волны (КВ)

Ультракороткие волны (УКВ)

5 ÷ 20

5 ÷ 15

8 ÷ 10

5 ÷ 6

15 ÷ 20

5 ÷ 15

4 ÷ 10

1 ÷ 4

3. Так как Ссх’≈

Ссх (на всехподдиапазонах), то дополнительную емкость можно не определять. И, следовательно,блок конденсаторов выбран, верно.

4. Эквивалентная емкостьвходной цепи:

Для (ДВ) и для (СВ.):

Сэ= (Ckmin+ Ссх’) ÷(Ckmax+ Ссх’) = (5 + 30,08)÷(385 + 30,08)= 35,08÷415,08 пФ

Выбор промежуточной частоты

Величина промежуточной частотывыбирается из следующих соображений:

1.

Промежуточнаячастота (fпр) недолжна находиться в диапазоне частот приемника или близко от границ этогодиапазона;

2.

Промежуточнаячастота не должна совпадать с частотой какого-либо мощного передатчика.

3.

Дляполучения хорошей фильтрации промежуточной частоты на выходе детектора должнобыть выполнено следующее условие:

fпр≥10Fв ,

где Fв– верхняя частота модуляции.

4. С увеличениемпромежуточной частоты:

— увеличиваетсяизбирательность по зеркальному каналу;

— уменьшаетсяизбирательность по соседнему каналу;

— расширяется полосапропускания;

— уменьшаются входное ивыходное сопротивления электронных приборов, что приводит к увеличениюшунтирования контуров, а так же понижается крутизна характеристикитранзисторов;

— ухудшается устойчивостьУПЧ;

— уменьшается коэффициентусиления на каскад за счет уменьшения резонансного сопротивления контура иухудшения параметров электронных приборов;

— уменьшается вредноевлияние шумов гетеродина на чувствительность приемника;

— облегчается разделениетрактов промежуточной и низкой частоты, что позволяет упростить фильтр навыходе детектора;

— увеличиваетсянадежность работы устройства автоматической подстройки частоты;

— уменьшаются размерыконтуров и блокировочных конденсаторов.

5. С уменьшениемпромежуточной частоты:

— увеличивается избирательностьпо соседнему каналу;

— уменьшаетсяизбирательность по зеркальному каналу;

— сужается полосапропускания;

— увеличиваются входное ивыходное сопротивления электронных приборов, что приводит к уменьшениюшунтирования контуров, а так же увеличивается крутизна характеристикитранзисторов;

— улучшается устойчивостьУПЧ;

— увеличиваетсякоэффициент усиления на каскад;

— понижается коэффициентшума.

Табл. №4

Тип приемного устройства

Промежуточная частота

Радиовещательный АМ и ЧМ

465±2 кГц; 6,5±0,1 МГц

В соответствии с таблицей№4, я выбираю промежуточную частоту равную 465±2кГц.

1.2.5Определение ширины полосы пропускания

Ширина полосы пропусканиявысокочастотного тракта супергетеродинного приемника определяется необходимойшириной полосы частот излучения передатчика корреспондента, а такженестабильностью частоты передатчика корреспондента и гетеродина приемника.

Необходимая ширина полосычастот излучения передатчика 2∆fпзависит от вида передачи и модуляции, и определяетсяследующим образом:

1. При двух полоснойамплитудной модуляции (АЗ)

2∆fп= 2Fв= 2∙3500Гц = 7000Гц=7кГц

где Fв– верхняя (максимальная) частота модуляции.

2. При однополоснойамплитудной модуляции:

с подавлением однойбоковой полосы (АЗН и АЗА)

2∆fп= Fв= 3500Гц=3,5кГц

с подавлением однойбоковой полосы и несущего колебания (АЗJ)

2∆fп= Fв — Fн= 3500 –300 =3200Гц=3,2кГц

где Fн– нижняя (минимальная) частота модуляции.

1.2.6 Распределение заданнойнеравномерности усиления в полосе пропускания.

Для обеспечения необходимого минимумачастотных искажений в области верхних звуковых частот каждому радио приёмномуустройству в технических условиях задаётся наименьшее ослабление на краяхполосы пропускания. Для радио вещательных приёмников это ослабление задано вГОСТ 5651-65.

При проектировании заданная величинаослабления распределяется по отдельным трактам приёмника. Практикойустановлено, что наиболее приемлемым является распределение ослабления на краяхполосы пропускания приёмника по отдельным трактам, приведенное в таблице№5:

Ослабление на краях полосы пропускания не более, дб

Тип приёмника

Частота, кГц

Всего тракта

Тракта РЧ

Тракта ПЧ1

Тракта ПЧ2

УННЧ

УНЧ

Радио вещательные приёмники:

С АМ

С ЧМ

Транзисторный АМ с магнитной антенной

<250

>250

4÷8

1÷3

3÷6

6÷8

4÷8

-----

1÷2

2÷3

1.5÷2

1÷2.5

3÷4

1.5÷2

В приёмниках с магнитнойантенной, где для увеличения эффективной действующей высоты магнитной антенны иизбирательности по зеркальному каналу эквивалентное качество контуров входнойцепи может быть сделано достаточно высоким (порядка 100÷200),увеличивают ослабление тракта радиочастоты до 3÷6дб, соответственноуменьшая ослабление в тракте УПЧ и УНЧ.

1.2.7 Определение эквивалентнойдобротности и число контуров тракта радиочастоты.

В зависимости от заданнойвеличины ослабления зеркального канала определяется необходимая минимальнаядобротность контура преселектора. Зададимся только входным контуром без УРЧ иопределим минимальную эквивалентную добротность контура Qэк.зк, обеспечивающую заданноеослабление зеркального канала: nc=1

<img src="/cache/referats/15979/image009.gif" v:shapes="_x0000_s1034"><img src="/cache/referats/15979/image010.gif" v:shapes="_x0000_s1035"> nc

<img src="/cache/referats/15979/image011.gif" v:shapes="_x0000_s1036">Qэк.зк = Se.зк / {(f²зк/f²cmax)-1}, где Seзк- заданное ослабление зеркального канала в относительныхединицах; fэк =fcmax+2*fпр. Далее выбирают конструктивную добротность контуровпреселектора Qкон, ориентировочное значение которой приведено в таблице №6:

Диапазон волн.

Конструктивная добротность контура с ферритовым сердечником.

Километровый (ДВ)

90÷140

Гектометровый (СВ.)

100÷160

Декаметровый (КВ.)

140÷190

Потом проверяютвыполнение условия: Qэк.зк≤

(0,5÷0,7)Qкон. Далее рассчитывают полосу частот входногосигнала П и максимальную добротность контура входной цепи или входной цепи и УРЧ Qэк.п. при которой частотные искажения в заданнойполосе не превышают допустимых, полученных при распределении их междукаскадами:

<img src="/cache/referats/15979/image012.gif" v:shapes="_x0000_s1037"><img src="/cache/referats/15979/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1038"><img src="/cache/referats/15979/image013.gif" v:shapes="_x0000_s1039">П=2*(Fmmax+ ∆fсопр + ∆fг), где ∆fсопр-допустимая неточность сопряжения настроекконтуров, которую для километрового и гектометрового диапазона выбирают равной3÷5кГц; ∆fг- возможноеотклонение частоты гетеродина, равное (0,5÷1)*0,001*fcmax;

Fcmin M²-1

<img src="/cache/referats/15979/image014.gif" v:shapes="_x0000_s1040">Qэк.п= ,

П.

Где М- частотные искажения преселектора, приотсутствии в приёмнике УРЧ М=Мпрес/2, при наличии УРЧ М=Мпрес. Должновыполнятся условие:

Qэк.п.≥

Qэк.зк

Fmmax= Fcmax-Fcmin=3500-300=3200Гц=3,2кГц.

Для ДВ:

Qэк.зк =31,6/{(1790244/166464)-1}=3.2

Выбираю конструктивнуюдобротность Qкон=90

Проверяю выполнениеусловия Qэк.зк≤

(0,5÷0,7)Qкон: 3.2≤45÷63, условие выполняется, принимаемрассчитанное Qэк.зк.=3,2

∆fсопр – для ДВ и для СВ выберают(3÷5)кГц,выберу ∆fсопр= 5кГц; ∆fг= 1*0,001*fс max=1*0.001*408кГц= 0,408кГц

<img src="/cache/referats/15979/image015.gif" v:shapes="_x0000_s1041"><img src="/cache/referats/15979/image016.gif" v:shapes="_x0000_s1042">П.= 2*(3,2+5+0,408)=17,216кГц

<img src="/cache/referats/15979/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1043">Qэк.п= (150кГц* (3/2)²-1)/17,216кГц= 167,70/17,216=10,89

Проверяю выполнение условия Qэк.п≥

Qэк.зк: 10,89≥3,2,условие выполняется, следовательно выбираем рассчитанное Qэк.п=10,89 и УРЧ применять не надо.

Для СВ.:

Qэк.зк=31,6/{(2535/1605)²-1}≈

Выбираю конструктивную добротность Qкон=140.

Проверяю выполнение условия: Qэк.зк≤

(0,5÷0,7)Qкон: 22≤70÷98, условие выполняется, принимаемрассчитанное Qэк.зк=22.

∆fсопр=5кГц; ∆fг(0,5÷1)*0,001*1605кГц=0,8÷1,6кГц,выбираю ∆fг=1кГц.

П.=2*(3,2+5+1)=18,4кГц.

Qэк.п= (525* (3/2)²-1)/18,4=31,9.

Проверяю выполнение условия:

Qэк.п≥

Qэк.зк; 31,9≥22, условие выполняется следовательно выбираюрассчитанное Qэк.п=31,9 и УРЧ применять не надо.

1.2.9 Определение типов и числа контуровтракта промежуточной частоты.

Группа сложности приёмника

АМ тракт

Тип А3

Селективная система

Преобра- зователь

УПЧ-1

УПЧ

Оконе- чное

высшая

ПТ

БПТ

ФСС-3,4

ПКФ

ДКС

ДПФ

ФСС-3,4

ДПФ: К

ИС

ПКФ

РИС

РИС: К

ПТ;

БПТ

ФСС-3,4

ДКС

ФСС-3,4

ИС

ПКФ

РИС

РИС; К

БТП

ФСС-3,4

ДКС

ФСС-3,4

ИС

ПКФ

РИС

Таблица№7:

Исходя из таблицы №7 для приёмника 2-гокласса сложности я выбираю ПЧ на биполярном транзисторе, нагруженным либо наФСС-3,4; либо на одиночный колебательный контур.

Схему ПЧ выбирают либо с совмещённым, либо сотдельным гетеродином, так как мой приёмник 2-го класса сложности то я выбираюсхему

ПЧ с отдельным гетеродином нагрузкойкоторого является ФСИ, состоящий из LCконтуров.Избирательность по соседнему каналу, которая обеспечивается входной цепью.

<img src="/cache/referats/15979/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1044"><img src="/cache/referats/15979/image013.gif" v:shapes="_x0000_s1045"><img src="/cache/referats/15979/image017.gif" v:shapes="_x0000_s1046">Se′

=(N+1)*20lg 1+(2*∆f*Qэк./fcmax)² дБ, где N — число каскадов УРЧ, ∆f — стандартная расстройка, равная 9кГц длякилометрового, гектометрового и декаметрового диапазонов; fcmax — максимальная частота сигнала; Qэк.-ранеевыбранная добротность контуров входной цепи и УРЧ.

ЗначениеSeфси рассчитывают по формуле:

Seфси =Se-(Se′

+Seупчобщ), дБ. Таблица№8

параметр

ПФ1П-1

Пф1П-2

ПФ1П-001

ПФ1П-013

Средняя частота полосы пропускания, кГц

465±2,5

Ширина полосы пропускания на уровне, дб, кГц

6,5-10,0