работа на тему «радиоприемники ам сигналов» Санкт - Петербургский Государственный Университет Телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича 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 σЗК >14 дБ 5. ослабление по соседнему каналу σСК >40 дБ 6. СHmin =10 пФ 7. СН max =330 пФ 1. Эскизный расчет структурной схемы приемника 1.1 . 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 – UП 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 fПЧ 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 fПЧ В бытовой аппаратуре приняты следующие значения fПЧ : - 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 (ΔFПР ) приблизительно равна полое пропускания тракта ПЧ. Значение ΔFПР определяют следующим образом: , где ΔFС – полоса частот принимаемого сигнала - нестабильности частот передатчика и приемника. Для АМ сигналов ΔFС = 2FВ , где FВ – высшая частота модуляции, равная 5000Гц. ΔFС = 2FВ =10000 Гц Нестабильность частоты вещательных передатчиков не превышает 10Гц в диапазоне КВ, нестабильность частоты настройки приемника составляет приблизительно , - высшая частота настройки приемника. ΔFпр=1,15 104 Гц 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≥10-3 f0 ∕(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 К0Ф передачи напряжения по центральной частоте: - коэффициент передачи на центральных частотах КР = -6дБ; - входное сопротивление RВХ = 3кОм; - выходное сопротивление RВЫХ = 2кОм; - выходная и входная емкости СВЫХ = СВХ = 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 = fmax ), т.е. в «худшей точке». Задаемся значением конструктивной (максимальной реализуемой на данной частоте) добротности контура преселектора QK =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 fПЧ : 1.5. Выбор способа и элемента настройки Проектируемый приемник содержит несколько поддиапазонов с различными коэффициентами перекрытия по частоте КД = fmax /fmin , где fmax и fmin 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 КДмакс -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 UВХД ≥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 UПР =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: - СА – емкость антенны; - СВХПР – емкость антенного входа приемника относительно корпуса; - С' – конденсатор, через который осуществляется внешнеемкостная связь контура с антенной; - СL – собственная емкость катушки индуктивности,; - СМ – емкость монтажа; - СП – подстроечный конденсатор; - СН – элемент настройки (варикап); - С2 и СД1 – дополнительные растягивающие конденсаторы; - LК – индуктивность катушки контура; - LАК – индуктивность катушки связи с антенной; - LКТ – 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: СKmin =50 пФ Рассчитываем максимальную емкость контура Задаемся значением емкости С3 , параллельной LК 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 А1 min . 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 КД <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 КД . При КД ≤1,1 (КД = 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 fПЧ ; - допустимые амплитудные искажения на нижних и верхних частотах модуляции МН =МВ =1,1; - входное сопротивление (RВХУЗЧ =51 кОм) и емкость (CВХ 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 mH = 0.3, mmax = 0.9; - значения прямого и обратного сопротивления выбранного диода rПР = 100 Ом, rОБР = 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 RВХД , 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.