Радиоприемники ам сигналов

Вид материала

Курсовая работа

Содержание Электрические параметры 4. Расчет диодного детектора АМ сигналов

Подобный материал:

• Тема пространство и метрология сигналов физическая величина более точно определяется, 595.48kb.
• Программа курса лекций, 51.42kb.
• Программа учебной дисциплины «Теория сигналов» Специальности 071500, 013900 (СД. 05), 82.24kb.
• Модуляция сигналов, 64.06kb.
• Н. Г. Чернышевского кафедра радиофизики и нелинейной динамики рабочая программа, 145.34kb.
• Цифровая обработка сигналов, 25.15kb.
• Анализ и обработка геофизических данных методом управляемой эмпирической модовой декомпозиции, 781.33kb.
• Теория сигналов и систем, 145.8kb.
• Задачи: Формирование навыков моделирования сигналов, процессов и результатов их преобразования, 349.55kb.
• Обработка сигналов в радиотехнических системах, 152.49kb.

Санкт - Петербургский Государственный Университет Телекоммуникаций

им. проф. М. А. Бонч-Бруевича


курсовая работа


на тему «радиоприемники АМ сигналов»


выполнил: студент гр. ФП-91

Мишлано Дмитрий.


принял: доцент Кацнельсон Л.Н.


Санкт-Петербург

2003 г.


Задание на курсовое проектирование:

1. диапазон частот 7,0 – 7,4 МГц
   

2. чувствительность не хуже 50мВ
   

3. эквивалент антенны 7.5 пФ
   

4. ослабление по зеркальному каналу σ_ЗК >14 дБ
   

5. ослабление по соседнему каналу σ_СК >40 дБ
   

6. С_Hmin=10 пФ
   

7. С_Нmax=330 пФ
   

1. Эскизный расчет структурной схемы приемника

1. . Задачи расчета
   

Типовая структурная схема современного приемника содержит основные узлы, изображенные на рис 1




Там же обозначены коэффициенты передачи отдельных узлов и уровни напряжений на входе каждого из них при задающем напряжении или напряженности поля, равными чувствительности приемника.

Работу начинаем с выбора приемника – прототипа из приемников выпускаемых промышленностью. В дальнейшей работе будем опираться на результаты этого изучения, что позволит уменьшить вероятность ошибок при проектировании и, при необходимости получить дополнительный справочный материал. Приемник – прототип построен на основе интегральной микросхемы К174ХА2. Структурная схема приемника – прототипа представлена на рисунке:

Микросхема интегральная предназначена для работы в радиовещательных приемниках АМ сигналов третьей группы сложности, но может также использоваться и в радиовещательных приемниках второй группы сложности с внешним гетеродином, что дает повышенную устойчивость к перекрестным помехам.




1,2 – вход УВЧ 10 – индикаторный выход

3 – вход УПТ 11,12 – вход УПЧ

4,5,6 – вывод 13 – вывод

7 – выход УПЧ 14 – U_П

8 – общий 15,16 – выход смесителя

9 – вход УПТ

Интегральная схема содержит усилитель сигналов радиочастоты А1 с системой АРУ А2, смеситель UZ1, усилитель промежуточной частоты А4 с системой АРУ А5, гетеродин G1 и стабилизатор А3.


Обоснование структурной схемы включает в себя:

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

- выбор элемента настройки обоснование способа настройки;

- выбор детектора приемника;


1.2. Выбор значения промежуточной частоты


Число преобразований частоты в приемнике и значение промежуточной частоты f_ПЧ выбирается из условий обеспечения требований по ослаблению зеркального и соседнего каналов. В проектируемых приемниках эти требования обычно могут быть обеспечены при использовании одного преобразования частоты и стандартного значения f_ПЧ В бытовой аппаратуре приняты следующие значения f_ПЧ :

- 465 кГц в радиовещательных приемниках АМ сигналов (диапазон КВ).


1.3. Выбор избирательной системы тракта ПЧ


Основную роль в формировании резонансной характеристики приемника и обеспечении требований ТЗ по ослаблению соседнего канала играет тракт промежуточной частоты. Полоса пропускания приемника (ΔF_ПР) приблизительно равна полое пропускания тракта ПЧ.

Значение ΔF_ПР определяют следующим образом:

, где ΔF_С – полоса частот принимаемого сигнала

- нестабильности частот передатчика и приемника.

Для АМ сигналов ΔF_С = 2F_В , где F_В – высшая частота модуляции, равная 5000Гц.

ΔF_С = 2F_В=10000 Гц

Нестабильность частоты вещательных передатчиков не превышает 10Гц в диапазоне КВ, нестабильность частоты настройки приемника составляет приблизительно , - высшая частота настройки приемника. ΔFпр=1,15 10⁴Гц


Из-за высокой нестабильности частоты настройки приемника рассчитанное значение превышает 1.1ΔFс ,то принимают ∆Fпр=1.1ΔFс=1.1 10⁴ Гц. В этом случае следует либо применить в приемнике систему АПЧ с коэффициентом автоподстройки

Капч≥10^-3f₀ ∕(0.1∆Fс)

Либо смириться с необходимостью ручной подстройки частоты в процессе радиоприема.

В современных приемниках избирательность тракта ПЧ обеспечивается ФСИ (фильтры сосредоточенной избирательности). Выбор ФСИ производят исходя из требований ТЗ по ослаблению соседнего канала.

Тип фильтра ФП1П-60.01(пьезокерамический фильтр на среднюю частоту 465 кГц)





Для ФСИ ФП1П-60.01 определяют его коэффициент К_0Ф передачи напряжения по центральной частоте:

- коэффициент передачи на центральных частотах К_Р = -6дБ;

- входное сопротивление R_ВХ = 3кОм;

- выходное сопротивление R_ВЫХ = 2кОм;

- выходная и входная емкости С_ВЫХ = С_ВХ = 10пФ;

- допустимое напряжение не более 3В;

- полоса пропускания на уровне 6дБ 4,0-6,0 кГц;

- относительное затухание 50 дБ.


1.4. Определение числа и типа избирательных систем преселектора


Число избирательных систем преселектора в каждом диапазоне определяют исходя из заданного ослабления зеркального канала, которое должно обеспечиваться на максимальной частоте диапазона (f₀ = f_max), т.е. в «худшей точке».

Задаемся значением конструктивной (максимальной реализуемой на данной частоте) добротности контура преселектора Q_K=180, оцениваем значения добротности эквивалентного контура и его полосы пропускания

Qкэ=0.6·Qк=108

ΔFкэ=f

Рассчитаем крутизну характеристики избирательности преселектора, при которой будет обеспечено выполнение требований ТЗ по ослаблению зеркального канала:

3дБ – ослабление на границах полосы пропускания



Рассчитываем число колебательных контуров преселектора



round означает округление аргумента до ближайшего целого числа, превышающего аргумент, 20 дБ/дек – крутизна характеристики избирательности одного колебательного контура за пределами полосы пропускания.

Если =1 преселектор содержит одноконтурное входное устройство, УРЧ может отсутствовать.

Приняв решение о числе колебательных контуров преселектора и значении их добротности, проверяем выполнение требования ТЗ по ослаблению помехи с частотой, равной промежуточной, на частоте диапазона ближайшей к f_ПЧ:




1.5. Выбор способа и элемента настройки


Проектируемый приемник содержит несколько поддиапазонов с различными коэффициентами перекрытия по частоте К_Д = f_max/f_min, где f_max и f_min максимальная и минимальная расчетные частоты.





В реальном контуре параллельно конденсатору настройки всегда есть некая суммарная емкость С₀, состоящая из паразитных емкостей схемы и, возможно, емкости подстроечного конденсатора. Выбирая элемент настройки общий для всех поддиапазонов, следует проверить выполнение условия



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

При механической настройке блоком КПЕ каждая из секций блока подключается к своему контуру (входного устройства, УРЧ, гетеродина). При повороте ротора конденсатора изменение емкости происходит одновременно во всех контурах. Для обеспечения минимальной погрешности сопряжения настроек гетеродина и контуров преселектора в контур гетеродина включают специальные конденсаторы сопряжения.


1.6. Выбор детектора сигнала


В качестве детектора АМ сигналов предпочтительно использовать последовательную схему диодного детектора:




В этом случае детектор подключают к колебательному контуру последовательного каскада УПЧ непосредственно или с помощью трансформаторной связи. Детектор должен работать в режиме сильных сигналов, что обеспечивает при напряжении на входе детектора U_ВХД≥0,4В при использовании германиевого диода. Возьмем универсальный высокочастотный диод ГД407А:

Предназначены для работы в качестве детекторов АМ сигналов в радиовещательных приемниках. Выпускаются в металлостеклянном корпусе и имеют гибкие выводы.

Электрические параметры:

- постоянное обратное напряжение 5В;

- постоянный прямой ток при U_ПР=0,5В 5мА;

- коэффициент передачи детектора 0,33 – 0,47;

- входное сопротивление детектора 15 – 30 кОм.


Предельные эксплуатационные данные:

- диапазон рабочей температуры t = -25 до 55ºC.

2. Расчет входных устройств с внешней короткой антенной


2.1. Расчет колебательного контура растянутого диапазона


схема колебательного контура представлена на рисунках 1 и 2








на схемах обозначены:


- С_А – емкость антенны;

- С_ВХПР – емкость антенного входа приемника относительно корпуса;

- С' – конденсатор, через который осуществляется внешнеемкостная связь контура с антенной;

- С_L – собственная емкость катушки индуктивности,;

- С_М – емкость монтажа;

- С_П – подстроечный конденсатор;

- С_Н – элемент настройки (варикап);

- С₂ и С_Д1 – дополнительные растягивающие конденсаторы;

- L_К – индуктивность катушки контура;

- L_АК – индуктивность катушки связи с антенной;

- L_КТ – индуктивность катушки связи с АП1 (первый активный прибор)

Определяем крайние (расчетные) частоты диапазона с учетом запаса по перекрытию



Определяем фактический коэффициент перекрытия диапазона




Выбираем минимальную емкость контура в пределах от 50 до 100 пФ: С_Kmin=50 пФ

Рассчитываем максимальную емкость контура



Задаемся значением емкости С₃, параллельной L_К до конденсатора С₂ в пределах от 20 до 30 пФ и рассчитываем вспомогательные величины:




Рассчитываем емкости




Проверяем правильность расчетов




Далее определяем емкость дополнительного конденсатора, включенного в контур




Рассчитываем индуктивность контура




2.2. Расчет одноконтурного входного устройства с внешнеемкостной связью с антенной, представленной емкостным эквивалентом, и трансформаторной связью с транзистором


Схемы входных устройств приведены на рисунках 3 и 4:








Определяем емкость конденсатора связи с антенной, недостающие данные берем из справочных материалов:




Определяем емкость, вносимую в контур из антенной цепи




Для схемы 3 определяем емкость дополнительного конденсатора, включенного в контур




Для схемы 4 уточняем значение емкости подстроечного конденсатора




Определяем допустимое значение показателя связи колебательного контура с АП1 из условий:

- заданного расширения полосы



- минимизация коэффициента шума АП1




Выбираем большее из этих двух значений и обозначаем А_1min.

Рассчитываем коэффициент включения колебательного контура во входную цепь АП1 и индуктивность катушки связи



Рассчитываем трансформирующий множитель, определяющий долю энергии, передаваемый из антенной цепи в колебательный контур




При К_Д<1.1 расчет можно производить на одной (лучше максимальной) частоте диапазона. Определяем следующие параметры:

- характеристическое сопротивление



- сопротивление потерь в катушке



- сопротивление связи колебательного контура с АП1



- сопротивление, вносимое в колебательный контур из входной цепи АП1



- сопротивление потерь эквивалентного колебательного контура




- коэффициент расширения полосы пропускания



- добротность входного устройства



- показатель связи колебательного контура с АП1



- проводимость эквивалентного генератора



- коэффициент передачи входного устройства




3. Расчет гетеродина


3.1. Расчет сопряжения настроек гетеродина и преселектора


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

До

Контур гетеродина имеет коэффициент перекрытия по частоте , отличающийся от коэффициента перекрытия по частоте контура преселектора .

Задача состоит в определении числа точек и частот точного сопряжения, структуры и параметров гетеродина. При использовании идентичных элементов настройки в преселекторе и гетеродине точное сопряжение возможно только в одной, двух или трех точках диапазона.


3.2. Выбор числа точек точного сопряжения


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

При К_Д ≤1,1 (К_Д = 1,057) достаточно одной точки точного сопряжения, частота которой рассчитывается по формуле



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




3.3. Сопряжение в одной точке


В этом случае структура и все емкости гетеродина выбирают такими же, как у контура преселектора. В процессе налаживания приемника с помощью подвижного сердечника катушки гетеродина осуществляют точное сопряжение (подстройку) на частоте f₁.





4. Расчет диодного детектора АМ сигналов


Исходными данными для расчета всех детекторов являются:

- значение промежуточной частоты f_ПЧ;

- допустимые амплитудные искажения на нижних и верхних частотах модуляции М_Н=М_В=1,1;

- входное сопротивление (R_ВХУЗЧ=51 кОм) и емкость (C_{ВХ УЗЧ}=0,1 пФ) выбранной ИМС УЗЧ


Принципиальная схема диодного АД:





Для снижения искажений и улучшения фильтрации сопротивление нагрузки детектора разделено на две части (R₁ и R₂). Потенциометр R₂ является одновременно и регулятором громкости.

Для расчета АМ детектора дополнительными исходными данными будут:

- нормальное и максимальное значение коэффициента модуляции m_H = 0.3, m_max = 0.9;

- значения прямого и обратного сопротивления выбранного диода r_ПР = 100 Ом,

r_ОБР = 10⁷ Ом.

Расчет детектора проводим для режима сильных сигналов. Выбираем сопротивление нагрузки детектора для постоянного тока 10…20 кОм. Далее рассчитываем значения R₁ и R₂:




Рассчитываем сопротивление нагрузки детектора для переменного тока с частотой модуляции



Определяем входное сопротивление детектора



Выбираем емкость нагрузки детектора из двух условий:

- допустимых линейных искажений на максимальной частоте модуляции



- малых нелинейных искажений, обусловленных избыточной постоянной времени нагрузки детектора



Из двух значений выбираем меньшее и подбираем стандартные конденсаторы с емкостями



Определяем емкость разделительного конденсатора, исходя из допустимых искажений в области нижних частот модуляции



Определяем коэффициент фильтрации напряжения промежуточной частоты элементами схемы детектора:

- фильтром, образованным R_ВХД, С₁



- фильтром, образованным R₁, С₂



- общий коэффициент фильтрации



Рассчитываем угол отсечки тока диода



Коэффициент передачи детектора



Оцениваем напряжение на входе УЗЧ на средних частотах модуляции




Рассчитаем требуемый коэффициент усиления УЗЧ






Выбор ИМС УЗЧ и динамической головки: динамическая головка выбирается из условия обеспечения номинальной выходной мощности и заданного диапазона воспроизводимых частот. Для УЗЧ выберем ИМС отечественного производства, предпочтительней ИМС не требующие большого числа дополнительных элементов: К174УН9. Динамическая головка типа 3ГДШ – 8.


Содержание


1. Эскизный расчет структурной схемы приемника.....................................


1.1. Задачи расчета……………………………………………………………………………………..

1.2. Выбор значения промежуточной частоты……………………………………………

1.3. Выбор избирательной системы тракта ПЧ…………………………………………..

1.4. Определение числа и типа избирательных

систем преселектора…………………………………………………………………………….

1.5. Выбор способа и элемента настройки……………………………………………

1.6. Выбор детектора сигнала……………………………………………………………………..


2. Расчет входных устройств с

внешней короткой антенной……………………………………………………………


2.1. Расчет колебательного контура растянутого диапазона………………………

2.2. Расчет одноконтурного входного устройства

с внешнеемкостной связью с антенной, представленной

емкостным эквивалентом, и трансформаторной связью

с транзистором……………………………………………………………………………………


3. Расчет гетеродина……………………………………………………………………………..


3.1. Расчет сопряжения настроек гетеродина

и преселектора………………………………………………………………………………………

3.2. Выбор числа точек точного сопряжения……………………………………………….

3.3. Сопряжение в одной точке……………………………………………………………………


4. Расчет диодного детектора АМ сигналов………………………………………


Список используемой литературы


1. Пособие по проектированию «АМ, ОМ, ЧМ сигналов»

издание четвертое, Санкт – Петербург, 2000г.


2. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам.

Издательство «Энергия», Москва, 1972 г.