Проектирование приемного устройства

Проектирование  приемного устройства

Введение.

Проектирование радиоприёмного устройства (РПУ) любого назначения осуществляется на основе технического задания, которое  выдаётся в виде требований к техническим  характеристикам устройства. Последние  могут быть окончательно сформулированы в процессе проектирования в зависимости  от назначения приёмника, условий эксплуатации и современных технических возможностей.

Технические требования к специальным РПУ определяются техническими условиями, согласованными между заказчиком и поставщиком. В общем случае в техническом задании указываются:

-общие требования;

-требования к электрическим  параметрам;

-требования к конструкции  РПУ;

-климатические требования;

-требования к механической  прочности;

-технологические требования;

-экономические требования.

Некоторые из перечисленных  требований могут разрабатываются или уточняются в процессе выполнения проекта. Поэтому ниже наряду с перечислением параметров даётся краткая характеристика каждого из них, приводятся соображения по выбору их величин и примерная формулировка соответствующего пункта технического задания.

Для радиосвязи в настоящее  время используется очень широкий  спектр электромагнитных колебаний. В  том случае, когда предусматривается  работа на одной или нескольких фиксированных  частотах, то указываются их величины. Вид принимаемого сигнала определят  род работы РПУ и способ детектирования. Амплитудно-модулированные сигналы  используются как в радиовещании, так и в радиосвязи. В радиосвязи и радиотелефонии используют двухполосные (А3) или однополосные радиосигналы с полным (А3J) или частичным (А3А) подавлением несущей. Амплитудная модуляция (АМ) используется и при передаче радиотелеграфии незатухающими колебаниями (А1). В этом случае род работы называют амплитудной телеграфией.

Чувствительность РПУ  количественно оценивается наименьшей ЭДС сигнала на его входе, при  которой на выходе обеспечивается нормальная для работы оконечного устройства мощность. Реальная чувствительность определяется величиной ЭДС сигнала на входе приёмника, при которой на выходе обеспечивается напряжение полезного сигнала, превышающее напряжение шумов в заданное число раз. Величина сигнала на выходе приёмника с внешнеёмкостной антенной, соответствующая чувствительности, измеряется в эффективных значениях напряжения и имеет порядок от сотен до десятков микровольт.

Избирательность характеризует  способность РПУ выделить полезный сигнал из помех. В задании заранее  оговаривается ослабление зеркальной помехи, помехи от станций, близкой  по частоте. Ослабление зеркальной помехи зависит от добротности контуров тракта радиочастоты, а ослабление помех от соседних станций обеспечивается в основном контурами тракта промежуточной  частоты.

Непрерывные АМС наибольшее применение нашли в системах связи, радиоуправления, радионавигации и  радиотелеметрии.

В зависимости от режима работы радиолинии с АМС разделяют  на две группы: одноканальные и  многоканальные.

 

В одноканальных линиях модулирующим сигналом в передатчике является низкочастотное напряжение с диапазоном модулирующих частот от F_мин до F_макс или с фиксированной частотой. Оно непосредственно модулирует сигнал с несущей частотой f_с.

В многоканальных линиях модулирующий сигнал состоит из нескольких различных  низкочастотных напряжениях, которыми вначале модулируются сигналы с  поднесущими частотами f_пi , отстоящими друг от друга на интервал частот f_п. Затем эти сигналы с модулированными поднесущими складываются и образуют результатирующий сигнал, с помощью которого модулируется передаваемый сигнал с несущей частотой f_с.

При выборе промежуточной  частоты руководствуются следующими условиями:

-быть вне диапазона  рабочих частот:

-обеспечивать заданное  ослабление зеркального канала;

-обеспечивать необходимую  полосу пропускания приёмника;

-быть по возможности  меньшей, чтобы обеспечивать необходимое  усиление приёмника при наиболее  простых и дешёвых электронных  приборов и избирательных системах, а также наименьший коэффициент  шума первого каскада УПЧ.

При расчёте входной цепи решаются следующие задачи:

-выбор схемы связи  избирательной системы со входом электронного прибора первого каскада приёмника;

-расчёт коэффициента  связи первого контура избирательной  системы с антенны;

-расчёт коэффициента  связи последнего контура избирательной  системы;

-расчёт элементов контуров  избирательной системы;

-вычисление коэффициента  передачи, коэффициента шум.

Исходные данные для расчёта  УПЧ получают из предварительного расчёта  приёмника:

-номинальное значение  промежуточной частоты;

-тип схемы усилителя;

-ориентировочное число  каскадов;

-требуемое эквивалентное  затухание контуров d_эп усилителя и собственное затухание контуров d_0п.

-типы электронных приборов, используемых в усилителе, и  их параметы.

Для преобразователя частоты  в качестве исходных данных используют:

-частота сигнала;

-частота гетеродина;

-промежуточная частота;

-максимальное напряжение  на выходе схемы гетеродина;

в данном курсовом проекте  используется транзисторный преобразователь  частоты по схеме с общим эмиттером. Такие схемы позволяют получить наибольший коэффициент преобразования и наибольшее входное сопротивление. Связь смесительного транзистора  с гетеродином в большенстве случаев осуществляется с помощью катушки связи, включаемой в эмиттерную цепь

смесителя. Такая схема  обеспечивает наименьшую нагрузку гетеродина.

Данный приёмник можно  широко использовать в войсках, на борта  военных и гражданских самолетах, в отрядах МЧС и т.д.

 

Предварительный расчёт.

 

1.Выбор и расчёт  блок-схемы приёмника. 

При проектировании профессиональных радиоприёмников выберем супергетеродинную

блок-схему приёмника.

 

2.Расчёт полосы  пропускания приёмника.

Определим ширину спектра:

-телефонного сигнала  Dfсп.тлф=2Fв=2*3500=7кГц;

-телеграфного сигнала  при тональной модуляции Dfсп.тлг= Гц.

-телеграфного сигнала  без тональной модуляции Dfсп.тлг= Гц.

С учётом исходных данных примем значение относительной нестабильности несущей 

частоты сигнала b_н= b_пр =0 и что гетеродин приёмника будет с кварцевой стабилизацией

примем, что b _г= 2*10^-5_. Тогда:

. Тогда полоса

пропусканиё приёмника для  приёма:

-телефонных сигналов  Df_{п тлф}=Df_{сп тлф}+Df_нест=7+0,125=7,125 кГц;

-телеграфных сигналов  с тональной модуляцией: Df_{п тлг}=Df_{сп тлг}+Df_нест=2040+0,125=2,165 кГц;

-телеграфных сигналов без тональной модуляции: Df_{п тлг}=Df_{сп тлг}+Df_нест=54+125=179 Гц.

 

3.Расчёт выходного  каскада.

Нормальная выходная мощность прёмника при среднем коэффициенте модуляции m=0.3 на основании исходных данных:

Принимаем трансформаторную схему выходного каскада с h_тр=0,75 вычислим номиналь-

ную выходную мощность, которую должен обеспечить транзистор:

. . Такую мощность могут обеспечить однотактные

каскады по схеме с ОЭ в режиме класса А с транзисторами типа П15. Выберем на выходной

характеристике транзистора  выберем рабочую точку А при I_к=23 мА и U_кэ=-5В и проведем

через неё нагрузочную  линию БВ. Из треугольника БГВ определяем нагрузочное

сопротивление R_А=125 Ом. Из треугольника БГВ вычислим отдаваемую мощность

P_{вых л} =0.5*0.02*2.5=25 мА. Подбираем по входной характеристике такую амплитуду, при

которой амплитуда коллекторного тока I_min , необходимой для обеспечения требуемой

номинальной мощности. Она  оказывается равной 0,06В. Затем находим значения пяти

ординат коллекторного тока: I₁=48 mA, I₂=33 mA, I₃=23 mA, I₄=14 mA, I₅= 9 mA.

Подставим полученные значения вычислим амплитуды гармоник коллекторного тока:

;

 

;

.Следовательно 

коэффициент гармоник выходного  каскада будет равен:

.

Полученная величина меньше допустимой для приёмника, поэтому выбранный тип

транзистора пригоден для использования в выходном каскада. Амплитуду входного

напряжение при нормальном коэффициенте модуляции вычислим по формуле:

U_mвх=0,3U_mн=0,3*0,06=0,018В.

Для определения входного сопротивления каскада проводим касательную ко входной

характеристике в рабочей  точке А. Она отсекает по абсцисс в масштабе напряжения величину

0,35-0,21=0,14В, а по оси ординат в масштабе тока 1,0-0,0=1,0 мА.

Подставляя полученные величины рассчитаем R_{вх ОК}: .

4.Выбор типа  и режима работы детектора. 

Коэффициент гармоник детектора  не больше:

.

Т.к. допустимая величина k_гд получилась сравнительно малой, то выберем диодный

(полупроводниковый) детектор  в линейном режиме, для обеспечения  которого на его вход 

необходимо подводить  амплитуду несущей напряжения промежуточной  частоты U_mпрі1,0В.

При приёме телефонных сигналов эффективная полоса пропускания  низкочастотного 

тракта должна быть DF_{п эф тлф}=1,1(F_в- F_н)=1,1(3500-3200)=300Гц..

Полагая полосу пропускания  НЧ тракта при приёмника равной 0.5Df_сп, для приёма

телеграфных сигналов:

-с тональной модуляцией  получим:DF_пэфтлг»1,1Df_сптлг/2=1,1*0,5*2040=1125Гц;

-без тональной модуляции  получим: DF_пэфтлг»1,1Df_сптлг/2=1,1*0,5*54=30Гц .

Т.к. необходимые полосы пропускания  высокочастотной части приёмника  для телефонных и телеграфных  сигналов мало отличаются друг от друга, то целесообразно отказаться от

регулировки полосы в усилителе  промежуточной частоты.

Эфффективную полосу пропускания ВЧ тракта вычисляем по формуле:

Df_{п эф}=1,1Df_{п тлф}=7125= 7,85 кГц.

Необходимое отношение сигнал/шум  на входе приёмника рассчитываем по уравнению:

 

5.Предварительный  выбор типа и схемы первых  каскадов

для обеспечения  заданной чувствительности.

В соответствии с исходными  данными расчёт будем вести по собственным шумам приёмника.

Полагая, что Е_п=0, вычислим допустимый коэффициент шума приёмника в телефонном режиме:

.

На данной рабочей частоте  допустимый коэффициент шума обеспечим  на одном каскаде УВЧ и смесителе  по схеме с ОЭ на транзисторе типа ГТ310А. Напряжение на коллекторе будем  полагать равным U_к=5В и I_к=1мА. В каскадах УПЧ будем тоже использовать транзистор типа ГТ310А.эти транзисторы германиевые сплавно-диффузионные p-n-p. Предназначены для работы в УПЧ приёмников, а также для УВЧ коротковолновых приёмников. Рассчитаем коэффициенты шума УВЧ, УПЧ и ПЧ:

N_упч=2N_т=9,5*2=19=N_увч, N_пч=4N_т=4*9,5=38, где. N_т=9,5-коэффициент шума транзистора.

Определим коэффициенты усиления по мощности на рабочей частоте:

(в режиме преобразования).

Положим коэффициент связи  с антенной к=0,5к_опт, тогда:

Вычислим возможный коэффициент  шума приёмника:

 

6.Выбор промежуточной  частоты, оптимального варианта  избирательных систем и 

блок-схемы преселектора, обеспечивающих заданную избирательность.

На практике наиболее часто  встречаются два случая:

-полоса пропускания преселектора Df_п.прес шире необходимой полосы пропускания приёмника:

Df_п.прес і3Df_п;

-полоса пропускания преселектора Df_п.прес сравнима с полосой пропускания приёмника:

Df_п.прес<3Df_п;.

Полоса пропускания преселектора определяется избирательными системами входной цепи и каскадов УРЧ. В приёмниках коротких волн избирательные системы входной цепи и каскадов идентичны. Для таких приёмников минимальную полосу пропускания преселектора вычисляют по формуле приняв значении параметра q_с=2,5. Будем считать собственное затухание этих контуров

равным d_о=0,02.

Вычислим полосу пропускания  преселектора по формуле , считая, что в преселекторе у нас будет одноконтурная входная цепь и двухкаскадный УРЧ, заменяя y(m) на j(а), при а=2: ,

где d_эс=q_сd_о=0,5, j(а)=2.

Т.к. неравенство Df_{п прес} і 3Df_п выполняется примем Df_пр=Df_{п тлф}=7,85 кГц. Вычислим необходимый коэффициент прямоугольности резонансной кривой тракта промежуточной частоты на уровне ослабления соседнего канала по формуле: К_ndc=K_n1000= .

 

Для обеспечения необходимого коэффициента прямоугольности резонансной  кривой тракта промежуточной частоты  на уровне ослабления соседнего канала применим четыре пары связанных контуров при предельной связи, либо ФСС при  одном контуре. Считая собственное  затухание контуров промежуточной  частоты d_0п=0,01 и значение параметра q_п=1,5 для обеспечения необходимой полосы пропускания промежуточная частота должна удовлетворять неравенству: . Выберем f_пр=500 кГц.

7.Выбор транзисторов  и числа каскадов тракта промежуточной  частоты 

для обеспечения  необходимого усиления.

Вычислим коэффициент  устойчивого усиления транзистора  ГТ310А, принятого к использованию  в УВЧ по формуле: . Тогда коэффициент усиления преселектора будет равен: К_{0 макс}=К_ВЦК_{0 уст}=0,8*28=22. Необходимый коэффициент усиления в тракте промежуточной частоты вычислим по формуле, приняв к_з=2:

=60,2дБ.

Выбираем для каскадов УПЧ транзисторы типа ГТ301А. Режим  работы принимаем U_к=5В и I_к=1мА. При проектировании узкополосных усилителей, а в рассматриваемом случае относительная полоса пропускания составляет лишь 7,125/465=0,015, как правило, максимально возможное усиление каскадов определяется величиной коэффициента устойчивого усиления. Поэтому расчёт будем вести на коэффициент устойчивого усиления каскада: