Приймачі безперервних сигналів

Ескізний розрахунок курсового проекту

Приймачі безперервних сигналів

1. Розбивку діапазону частот на піддіапазони

1.Коеффіціент перекриття діапазону (показує у скільки разів максимальна несуча частота вхідного сигналу більше мінімальної):

(1)

де - Максимальна і мінімальна несуча частота вхідного сигналу.

2.Вибор елементів перебудови контурів приймача

Для контурів з зосередженими параметрами перебудову за частотою можна здійснювати:

конденсатором змінної ємності = 2,5-3

котушкою змінної індуктивності = 1,4-3

варикапом = 2,3-2,7

де - Максимальні значення коефіцієнтів перекриття діапазону різними реактивними елементами контурів.

3.Так як > , То приймач однодіапазонними.

2.Полоса пропускання лінійного тракту приймача

Смуга пропускання лінійного тракту приймача:

= + (2)

де - Ширина спектру корисного сигналу, що дорівнює:

(3)

( - Верхня частота модуляції),

- Запас по смузі, обумовлений нестабільністю передавача, який дорівнює:

(4)

( - Відносна нестабільність частоти передавача)

(5)

Якщо / <1,2, то розширення смуги пропускання приймача за рахунок нестабільності частоти передавача незначно і приймаємо смугу пропускання лінійного тракту приймача рівною П. Якщо ж / > 1,2 розширення смуги істотно і вимагає введення системи ПАП. У цьому випадку:

(6)

де = 10-35-коефіцієнт передачі системи ПАП.

(7)

Так як / <1,2, то зупиняємося на введення системи ПАП

3. Вибір структури преселектора для забезпечення необхідної вибірковості

У даному розділі вибираються фільтри преселектора, що дозволяють забезпечити необхідну придушення двох основних паразитних каналів приймача - дзеркального і каналу прямого проходження.

Наведений розрахунок передбачає знання проміжної частоти приймача. Задаємося проміжною частотою проектованого приймача:

(8)

( - Середня несуча частота вхідного сигналу) для КВ діапазону (3МГц - 30МГц) і УКВ діапазону (30МГц - 300МГц);

(9)

Далі послідовно для кожного з паразитних каналів знаходимо структуру преселектора.

А) Визначення структури преселектора, що забезпечує придушення дзеркального каналу.

Знаходимо узагальнену расстройку дзеркального каналу:

(10)

де - Частота дзеркального каналу.

(11)

Еквівалентна загасання контурів тракту сигнальної (високої) частоти dесч вибирається з таблиці 1.

(12)

Таблиця 1

Для найменшого з отриманих в багатодіапазонні приймачах (Найгірший варіант) і необхідного придушення дзеркального каналу знаходимо за рис.1, вид виборчої системи, яка пригнічує паразитний дзеркальний канал. На цьому малюнку номер кривої відповідає вигляду фільтрової системи преселектора:

1 - ОКК (одиночний коливальний контур),

2 - ДПФ (подвійний смуговий фільтр),

3 - два ТЧХ,

4 - ДПФ і ТЧХ,

5 - три ТЧХ,

6 - два ДПФ,

7 - ДПФ і два ТЧХ,

8 - два ДПФ і один ТЧХ,

9 - три ДПФ,

10 - ДПФ при і ОКК з

Рис.1

Б) Визначення структури преселектора, що забезпечує придушення каналу прямого проходження.

Знаходимо узагальнену расстройку каналу прямого проходження:

(13)

Зазвичай узагальнена расстройка каналу прямого проходження багато більше узагальненої расстройки дзеркального каналу, тобто << . Це говорить про те, що паразитний канал прямого проходження засмучений відносно корисного сигналу набагато сильніший у порівнянні з дзеркальним каналом. У цьому випадку можна стверджувати, що обрана раніше виборча система для придушення дзеркального каналу надійно придушить і паразитний канал прямого проходження.

4. Вибір структури УПЧ

У даному розділі вибираються фільтри УПЧ, що дозволяють забезпечити необхідну придушення сусіднього каналу.

Для вибору фільтрів необхідно з'ясувати за технічним завданням величину необхідного придушення і розрахувати коефіцієнт прямокутності необхідної АЧХ УПЧ:

(14)

де - Расстройка по сусідньому каналу

Найбільш широке поширення в каскадах УПЧ отримали ФСС (фільтри зосередженої селекції), параметри яких наведені в таблиці 2.

Вибираючи ФСС треба враховувати, що його придушення повинно бути не менше ніж визначено ТЗ, а коефіцієнт прямокутності - не більше від необхідного. Вибравши фільтр і визначивши за таблицею 2 його коефіцієнт , Визначаємо частоту, на якій ФСС буде працювати:

(15)

де - Еквівалентний загасання контурів на першій проміжній частоті (Таблиця 1).

(16)

Таблиця 2

5.Вибор кількості перетворень частоти в приймачі

При виборі структури преселектора у третьому розділі була вибрана перша проміжна частота приймача, при виборі структури УПЧ - друга. Так як , Приймач виконується з подвійним перетворенням частоти з .

6. Допустимий коефіцієнт шуму приймача

Знаходження максимально допустимого коефіцієнта шуму приймача проводиться за формулою (17):

де - Чутливість приймача,

до = 1,39 дж / град - постійна Больцмана,

= 293 К - температура за Кельвіном,

= 1,1 П - шумова температура приймача,

(18)

- Опір антени.

- Відношення сигнал / шум на вході детектора, здійснюється за формулою (19):

де - Відношення сигнал / шум на виході детектора. У формулу (19) підставляється в разах по напрузі;

- Пік-фактор сигналу;

- Максимальний індекс Ам сигналу;

- Смуга пропускання УНЧ;

(20)

7. Коефіцієнт шуму приймача

Коефіцієнт шуму приймача визначається через коефіцієнти шуму окремих каскадів приймача за формулою:

(21)

де - Коефіцієнти шуму вхідного ланцюга, підсилювача сигнальної частоти і перетворювача частоти відповідно,

- Коефіцієнти передачі по потужності вхідного ланцюга і підсилювача сигнальної частоти.

Коефіцієнти шуму і коефіцієнти передачі по потужності окремих каскадів приймача наведені в таблиці 3.

Таблиця 3

У Таблиці 3:

а - коефіцієнт, що дорівнює для діапазонних приймачів а = 0,5;

- Коефіцієнт шуму обраного транзистора, який в довідниках задається в дБ, а в формулу (12) підставляється в разах по потужності;

- Параметри транзистора.

У Додатку 1 наведені деякі найбільш широко використовувані транзистори. У додатку 2 - формули для розрахунку параметром цих транзисторів. У Додатку 3 переклад дБ в рази.

Перевіркою правильності вибору транзистора служить виконання умови:

(22)

Вибираємо транзистор КТ3127А з параметрами:

Параметри біполярних транзисторів

Шт = 5Дб = 3,2 разів;

Знайдемо коефіцієнти шуму вхідного ланцюга, підсилювача сигнальної частоти і перетворювача частоти соответствен:

= 1 / 0, 5 = 2 (23)

2 Шт = 2 ∙ 3,2 = 6,4 (24)

4 Шт = 4 ∙ 3,2 = 12,8 (25)

Знайдемо коефіцієнти передачі по потужності вхідного ланцюга і підсилювача сигнальної частоти:

1 / (1 ​​+ а) = 1 / (1 ​​+0,5) = 0,67 (26)

= (27)

Зворотній провідність транзистора визначається за формулою:

= ????? (28)

Знайдемо пряму провідність (крутизну) транзистора:

= = (29)

= (30)

Коефіцієнт шуму приймача за формулою (31):

=

умова виконана, транзистор обраний правильно.

8. Розрахунок коефіцієнта посилення приймача і розподіл посилення по каскадам

Узагальнена структурна схема приймача наведена на рис.3

Рис.3

1.Расчет числа каскадів тракту сигнальної частоти

Для цього обчислюється потрібне посилення:

(32)

де - Чутливість проектованого пріемнока,

- Напруга на вході першого перетворювача частоти, що складає 30 ... 40мкВ для біполярних транзисторів (БТ).

Визначимо необхідну кількість каскадів N в тракті сигнальної частоти, що забезпечує необхідну посилення:

(33)

де - Уточнений коефіцієнт передачі вхідного ланцюга ( - Коефіцієнт, що визначається за таблицею 4)

= (34)

- Коефіцієнт посилення підсилювача сигнальної частоти дорівнює коефіцієнту сталого посилення транзистора. Формули для розрахунку наведені в таблиці 5.

= = 17,33 (35)

Таблиця 4

Вид вхідного ланцюга	Тип транзистора в УСЧ
ОКК ОКК	Польовий транзістов Біполярний транзистор	10 100
ДПФ ДПФ	Польовий транзістов Біполярний транзистор

У таблиці 4 - Параметр зв'язку між контурами ДПФ.

Таблиця 5

Вид підсилювального каскаду	Тип транзистора	Схема включення транзистора
На одному транзисторі	Біполярний	Із загальним емітером З загальною базою
На одному транзисторі	Польовий	Із загальним витоком Із загальним затвором
Каскодне схема	Біполярні	-
Каскодне схема	Польові	-

=> Невірно, тому переходжу на каскадну схему включення, у якого:

Або ж можна взяти 2 каскаду на одному транзисторі

40 <270

= (36)

Вихідна провідність транзистора:

(37)

Тоді коефіцієнт посилення підсилювача сигнальної частоти дорівнює:

(38)

N = 1

2. Визначити число каскадів тракту першої проміжної частоти.

Число каскадів тракту першої проміжної частоти N визначається за аналогією з першим пунктом даного розділу: спочатку визначається необхідна посилення у цьому тракті, а вже далі необхідна кількість каскадів. Узагальнена формула обчислень:

(39)

де напруга на вході другого перетворювача частоти, рівне 300 ... 400мкВ для біполярних транзисторів (БТ).

= (40)

Знайдемо пряму і зворотну провідності транзистора:

= = (41)

= (42)

коефіцієнт посилення підсилювача сигнальної частоти дорівнює:

(43)

N = 1

Необхідно відзначити, що чим нижче частота, тим вище коефіцієнт стійкого посилення транзисторів.

3. Визначити число каскадів тракту другої проміжної частоти.

Обчислення проводяться за формулою:

(44)

де - Напруга на вході детектора, рівне (0.5 ... 1) У для АД, СД, ЧД (з налаштованими або засмученими контурами) і (30 ... 50) мВ для дробового ЧД;

= 5 ... 10 - коефіцієнт запасу.

Беремо транзистор КТ 342 В

= (45)

Знайдемо пряму і зворотну провідності транзистора:

= = (46)

= (47)

коефіцієнт посилення підсилювача сигнальної частоти дорівнює:

(48)

N = 4

4.Визначите посилення в тракті низької частоти.

Коефіцієнт посилення в тракті низької частоти дорівнює:

(49)

де = 2 ... 5 - коефіцієнт запасу,

= (0,8 ... 0,9)

= (50)

Визначаємо напругу в навантаженні:

= У (51)

У тракті низької частоти для забезпечення необхідного посилення доцільне використання мікросхем, деякі з яких наведено у Додатку 4.

Параметри та схеми включення мікросхем серії К226, призначені для посилення низької частоти.

Таблиця 4.

Вхідна ємність мікросхеми не 226 перевищує 20пФ.

9. Визначення числа каскадів приймача, охоплених АРУ

У ТЗ наведено коефіцієнт регулювання АРУ, що показує динамічний діапазон зміни вхідного і вихідного сигналу. Для проведення подальших розрахунків ці динамічні діапазони треба перевести дБ за напругою і обчислити динамічний діапазон АРУ:

(52)

Число охоплюються каскадів N дорівнює:

(53)

де - Динамічний діапазон регулювання одного каскаду

(54)

- Число охоплених каскадів АРУ

10.Составленіе структурної схеми проектованого приймача

Узагальнена структурна схема приймача наведена на рис.4

Рис.4

Особливості побудови структурної схеми приймача наступні:

в діапазон приймача необхідно показати пов'язану перебудову каскадів ВЦ, УСЧ і Г приймача;

біля кожного виду пристрою показати їх кількість N =? і тип фільтрів (ТЧХ; ДПФ, ФСС), а також тип мікросхеми;

ввести АРУ і показати яка кількість підсилювальних каскадів охоплює система АРУ;

показати ПАП або ФАП проміжної частоти, що зменшує запас по смузі приймача, якщо розрахунки показали, що він необхідний;

замість Д, показаного на рис.4, необхідно ввести конкретний вид цього детектора:

для АТ сигналів - АТ,

для ЧТ сигналів - ЧД (перед «звичайним» ЧД необхідний обмежувач),

для сигналів з ​​ОМ - СД (синхронний детектор). Зазвичай СД - це ФД, який формує вихідний сигнал з урахуванням не тільки різниці фаз вхідних коливань, але і їх амплітуд. Для роботи будь-якого ФД необхідно опорне коливання. Для ОМ коливань із залишком несучої опорне коливання виділяється в ФОН (фільтр залишку несучої) і підтримується системою ФАП (мал. 5). Для ОМ коливань з повністю пригніченою несучої опорне коливання формується в високостабільним генераторі (рис.6). Як випливає з малюнків, перед СД ставиться ФБП (фільтр бічної смуги), що виділяє спектр корисного сигналу, що міститься в бічній смузі.

Рис. 5

Рис.6

Додаток 1

Параметри біполярних транзисторів

Додаток 2

Параметри транзисторів на частотах нижче 500 МГц.

При включенні транзисторів у підсилювальний каскад за схемою з загальним емітером параметри транзистора наведені в таблиці 1, де:

- Пряма провідність (крутизна) транзистора,

- Зворотна провідність транзистора,

- Вихідна провідність транзистора,

- Вхідна провідність транзистора.

Таблиця 1

де

,

При включенні транзисторів у підсилювальний каскад по каскадної схемою (ОЕ-ПРО) параметри транзисторів наведені в таблиці 2.

Таблиця 2

Додаток 3

Таблиця відносин напруг і потужностей

Додаток 4

Параметри та схеми включення мікросхем серії К 226, призначені для посилення низької частоти

Вхідні ємності перерахованих вище мікросхем не перевищують 20пФ.