Комітет Російської Федерації з рибальства
Мурманський Державний Технічний Університет
Кафедра радіотехніки і телекомунікаційних систем
Курсовий проект
з предмету "Прийом і обробка сигналів"
"Проектування радіомовного приймача довгохвильового діапазону"
Виконав: студент гр. Р-593
Кужільна А.Є.
Перевірив: професор кафедри РТКС
Пятс А.Х.
Мурманськ
2009
Завдання
Спроектувати портативний радіомовний приймач довгохвильового діапазону з наступними параметрами:
- Робочий діапазон частот: 150 кГц - 420 кГц;
сигнали: амплітудна модуляція многотональная. Для забезпечення естетичного сприйняття в радіомовленні необхідно передавати смугу частот 100 ... 6300 Гц при допустимій нерівномірності біля + (0,7 ... 1,5) дБ.
- Вимога до вибірковості:
ослаблення сусіднього каналу прийому - не менше 60дБ;
ослаблення по побічних каналах прийому - не менше 50дБ;
- Чутливість, при відношенні сигнал / шум не менше 26 дБ не
гірше 5мкВ;
- Антена-магнітна;
- Напруга живлення: Еп = 9В.
- Вимога до АРУ: при зміні рівня вхідного сигналу на 60 дБ зміна рівня вихідного сигналу має становити не більше 6 дБ
Розробка функціональної блок-схеми приймача
Оскільки в завданні пред'явлені досить високі вимоги до показників РПУ, то це зумовлює побудову приймача по супергетеродина схемою. Для підвищення чутливості приймача необхідно застосування підсилювача сигнальної частоти (УСЧ) у преселектора. З метою поліпшення вибірковості приймача УСЧ необхідно зробити резонансним. В якості підсилювальних елементів у УСЧ і УПЧ застосуємо польові транзистори, тому що при цьому реалізуються їх переваги: малий коефіцієнт шуму, великий вхідний опір і висока лінійність посилення.
Вхідна ланцюг (ВЦ) повинна забезпечувати можливість налаштування на будь-яку частоту заданого діапазону приймача. Плавно налаштовувати контури в заданому діапазоні частот можна, змінюючи індуктивність або ємність, або одночасно і те і інше. При налаштуванні контуру ВЦ з допомогою індуктивності його показники (конструктивне загасання, смуга пропускання, резонансна еквівалентна провідність контуру) за діапазоном різко змінюються, що небажано. Налаштування ВЦ ємністю супроводжується менш різкими змінами параметрів контурів. Здійснити перебудову ємності контуру можливо за допомогою блоків конденсаторів змінної ємності (КПЕ). Однак застосування КПЕ недоцільно внаслідок їх великих розмірів і складності точного сполучення. Тому в якості змінної ємності контуру застосовуємо варикапи. Головна перевага варикапів - малі розміри, механічна надійність, простота автоматичного та дистанційного керування налаштуванням. Недоліком варикапів у порівнянні з КПЕ є нелінійність при великих рівнях сигналів і перешкод. Послабити нелінійні ефекти можна застосуванням балансних (двотактних) схем. У даному випадку такою схемою є зустрічно-послідовне включення двох варикапів.
В якості перетворювача частоти застосовуємо кільцевої діодний перетворювач, який має такі переваги: менший вміст гармонік вхідних сигналів і комбінаційних частот у вихідному спектрі, широкий динамічний діапазон вхідних сигналів, велика максимально допустима потужність, широка смуга пропускання.
Для забезпечення високої вибірковості приймача по побічних каналах прийому необхідно вибрати високу проміжну частоту. Сучасна елементна база дозволяє обробляти сигнали з частотами понад 1 ГГц. Однак у довгохвильовому діапазоні частот досить високу вибірковість забезпечить преселектора при виборі проміжної частоти рівної f пр = 10,7 МГц.
Основне посилення і обробка сигналу проводитися в тракті проміжної частоти. Для забезпечення високої вибірковості РПУ по сусідніх каналах прийому необхідно застосування фільтра зосередженої вибірковості (ФСІ). Як ФСІ вибираємо пьезокерамический фільтр, що володіє близькою до ідеальної характеристикою односігнальной вибірковості, хорошими масогабаритними показниками. Застосування ФСІ дозволяє робити каскади УПЧ апериодическими. Для забезпечення високої якості детектування на вхід послідовного діодного детектора необхідно подавати напругу з амплітудою не менш 1В. Дана умова визначає вимогу до коефіцієнта посилення всього приймача.
В якості системи АРУ вибираємо АРУ з затримкою. У затриманої АРУ регулююча напруга створюється і діє лише в тому випадку, якщо вхідний сигнал перевищує певне значення (воно звичайно вибирається рівним чутливості приймача і називається порогом спрацьовування АРУ). Затримана АРУ за своїми характеристиками поступається тільки посиленою АРУ з затримкою, але останнє вимагає застосування додаткового підсилювача постійного струму, що викликає істотне ускладнення схеми приймача. Найбільш просто управляти посиленням каскадів УПЧ за допомогою АРУ можна застосовуючи в УПЧ польові транзистори з двома затворами. У цьому випадку керуюча напруга системи АРУ прикладається до другого затвору транзистора, зменшуючи його крутість.
Так як потрібно спроектувати портативний радіоприймач, то виникають обмеження на габарити антени. Тому в даному випадку доцільно застосувати магнітну антену, яка володіє малими розмірами і низьким коефіцієнтом спрямованої дії, що дозволяє приймачу приймати сигнали практично з усіх напрямків.
Застосування детектування коливань в ланцюзі АРУ з затримкою має ще й те додаткове перевагу, що при слабких сигналах, коли детектор АРУ замкнений, не зменшується крутизна характеристики підсилювальних приладів і тому не зростають власні шуми радіочастотного блоку. Остання обставина пояснюється тим, що шумове опір транзистора назад пропорційно крутизні S (y 21). Отже, якщо АРУ при малих сигналах не працює, то у радіочастотному блоці при цьому не зменшується відношення сигнал-шум за рахунок дії АРУ. Сказане стосується, в першу чергу до вхідних каскадам радіочастотного блоку на досить високих частотах, коли їхні шуми можуть бути співмірні за інтенсивності з зовнішніми перешкодами впливають на вхід приймача.
Розрахунок вхідного ланцюга
При розрахунку вхідного ланцюга (ВЦ) приймаємо паразитне ємність котушки З LA = 2пФ, монтажну ємність рівної С м = 10пФ, максимальну добротність контуру дорівнює Q k = 80.
Визначаємо коефіцієнт перекриття діапазону
Як варикапа для ВЦ вибираємо варикап КВ135А, що має наступні параметри:
С у max = 800пФ (при U обр = 1В), С у min = 20пФ (при U обр = 7В).
Так як під ВЦ застосовується зустрічно - послідовне з'єднання варикапів, то еквівалентна максимальна і мінімальна ємності такого з'єднання з дотриманням рівні 0
Середня місткість подстроечного конденсатора повинна задовольняти умові С19> (0,3 ... 0,5) С до min, де С до min - мінімальна ємність контуру;
С до min = С / у min + C LA + C м + З 11 VT,
де З 11 VT - Вхідна ємність транзистора УСЧ. В якості транзистора УСЧ вибираємо транзистор 2П302А (характеристики приладу наведено в додатку) з
З 11 VT = 6пФ.
С до min = 10 +2 +10 +6 = 28пФ.
С19> (8,4 ... 14) пФ
Приймаються С19 = 10пФ.
Знаходимо ємність додаткового конденсатора
С18 = С / 2 - C LA - C 19 - C 11 VT - C м = 47-2-10-6-10 = 19пФ.
Вибираємо конденсатор по ряду Е24
С18 = 20 пФ
Обчислимо ємність розділового конденсатора
,
де R вх - вхідний опір УСЧ. Оскільки R вх = 375кОм (розрахунок R вх наведено нижче), то
1 / (2 p f cmax * C 17)> 0.1 * 375 000
C 17> 1 / (2 p f cmax 0.1 * 375 000) = 1 / (2 p 420000 * 0.1 * 375 000) = 10пФ
Вибираємо конденсатор по ряду
Е24: С17 = 10 пФ
Обчислимо необхідну індуктивність котушки контуру
.
Розраховуємо феритову антену
Найкращі характеристики феритова антена має при відносинах а / l c = 0,3; l c l k / l c = 0,2. Задамося значенням d k / d c = 1,13; l c / d c = 20; l k / d k = 3,5; d c = 0,8 см.
За рисунком 3 знаходимо ефективну магнітну проникність осердя m е = 130Г / м. За графіком на малюнку 4 для l k / d k = 3,5 знаходимо коефіцієнт а рівний а = 2,4.
Тепер можна визначити число витків у контурній котушці
Обчислюємо діючу висоту (частота в МГц)
Визначимо вхідні провідність УСЧ. Вхідний опір УСЧ визначається паралельним включенням опорів дільника в ланцюзі затвора
Транзистор УСЧ працює з нульовим напругою на затворі, значить опору R 16 і R 17 повинні бути обрані такими щоб падіння напруги на опорі R 17 дорівнювало падіння напруги на джерельній резисторі. Оптимальний режим транзистора забезпечується при U сі = 5В і I з = 3мА. Задаємося падінням напруги на джерельній резистори рівному U R 18 = 0,2 Е п = 0,2 * 9 »2В (при цьому забезпечується задовільна температурна стабілізація режиму по постійному струму). Отже падіння напруги на резисторі R 17 також має дорівнювати 2В.
Задаємося опором R 17 рівне 500 кОм.
Вибираємо резистор по ряду
Е24: R 17 = 510 кОм.
Переймаючись падінням напруги на резисторі розв'язує фільтра рівним 1В отримуємо, що на дільнику падіння напруги становить
U R д = Е п - U R ф = 9-1 = 8В. Так на U R 17 = 2В, U R 16 = U R д - U R 17 = 8-2 = 6В.
Тоді
R 16 = 6 * 500 000 / 2 = 1500000 Ом = 1,5 Мом
Вибираємо резистор по ряду
Е24: R 16 = 1,5 МОм.
Отже
.
Звідси вхідна провідність УСЧ дорівнює
G вх = 1 / R вх = 1 / 375000 = 2,6 мкСм
Визначаємо еквівалентні загасання ВЦ на частотах побічних каналів прийому
r = 2 p f cmax L k - характеристичний опір контуру ВЦ
r = 2 p 420000 * 0,005 = 13194 Ом
Еквівалентна активна вхідна провідність контуру ВЦ дорівнює
G е = G до + G вх
G к = 1 / (r Q k) = 1 / (13194 * 80) = 0,94 мкСм
G е = 0,94 +2,6 = 3,55 мкСм
d е = r G е = 13194 * 3,55 * 10 -6 = 0,0468
Визначаємо узагальнену расстройку для дзеркального каналу
Визначаємо узагальнену расстройку для проміжної частоти
.
Обчислюємо ослаблення дзеркального каналу прийому
.
Обчислюємо ослаблення каналу проміжної частоти
.
Смуга пропускання ВЦ
П 0,7 = f cmax d е = 420000 * 0,0468 = 19656 Гц.
Розрахунок ланцюга налаштування варикапів
Щоб R 8, R 15, R 39, R 40 не шунтував контур ВЦ і контур УСЧ, їх опір має у багато разів перевищувати характеристичний опір цих контурів на максимальній частоті робочого діапазону. Оскільки r max = 13194 вибираємо опору резисторів R 8, R 15, R 39, R 40 рівними 100 кОм.
Так як в ланцюзі налаштування варикапів струм з'являється тільки під час перехідних процесів необхідно щоб постійна часу ланцюга R 2С6 і R 9С11 не перевищувала 0,01 сек:
t £ 0,01 c
t = R 2 C 6
Задамося ємністю конденсатора С6 рівної 20мкФ, тоді
.
Аналогічно
.
Вибираємо опору резисторів R 2 і R 9 по ряду Е24 рівними 470 Ом.
Від номіналу опору R 1 залежить струм споживання схеми, тому бажано вибирати це опір по можливості найбільшим. Отже вибираємо цей опір не менше номіналу резистора R 8.
Як резистора R 1 вибираємо резистор СП2-2а з максимальним опором 100 кОм.
Задамося падінням напруги на фільтрі R 41С37 рівному
U R 42 = 2 В.
.
Вибираємо резистор по ряду Е24:
R 41 = 27 кОм
Для забезпечення нормальної роботи розв'язує фільтра опір конденсатора С37 на робочій частоті має бути щонайменше в 100 разів менше ніж опір резистор R 41
Вибираємо конденсатор по ряду
Е24: С37 = 6,8 нФ
Між котушкою індуктивності контуру і варикапами необхідно включити розділові конденсатори С35 і С36, ємністю в сто разів більшої ємності варикапів і службовців для відділення ланцюга харчування варикапів від котушки індуктивності:
С35 = С36> 100С Bmax = 100 * 800 * 10 -12 = 80 нФ
Вибираємо конденсатор по ряду
Е24: С35 = С36 = 91 нФ.
Розрахунок УСЧ
Номінали всіх елементів коливального контуру УСЧ вибираємо такими ж як і у ВЦ для забезпечення точного сполучення налаштування.
Опір розв'язує фільтра дорівнює R 3 = D Е ф / I c 0, де D Е ф - падіння напруги на R 3. Вибираємо D Е з »0,1 Е п, D Е ф = 1В. I c 0 = 3мА - струм стоку в робочій точці транзистора. Значить
R 3 = 1 / 0, 001 = 333 Ом
Вибираємо резистор по ряду
Е24: R 3 = 330 Ом
Опір резистора в ланцюзі витоку визначаємо за формулою
R 18 = U R 18 / I c 0 = 2 / 0, 003 = 666 Ом
Вибираємо резистор по ряду
Е24: R 18 = 680 Ом
(U R18 вибирається рівним U R18 = 0,2 Е п для досягнення задовільною температурної стабілізації режиму транзистора по постійному струму).
Для того щоб ємність джерельній конденсатора не вносила помітних частотних спотворень її опір навіть на самій нижчої частоті має бути менше опору R 18
.
Вибираємо конденсатор по ряду
Е24: С20 = 33 нФ
Для забезпечення нормальної роботи розв'язує фільтра опір конденсатора С1 на робочій частоті має бути щонайменше в 100 разів менше, ніж опір резистора R 3
С1> 100 / (w з min R3) = 100 / (2 p 1,5 * 10 5 * 333) = 0,3 мкФ
Вибираємо конденсатор по ряду
Е24: С1 = 0,33 мкФ
Навантаженням для коливального контуру в ланцюзі УСЧ є активний опір двох відкритих діодів включених послідовно. У якості діодів в змішувачі обрані діоди 2А108А (характеристики приладу наведено в додатку), які у відкритому стані мають опір 70 Ом. Отже два включених послідовно відкритих діода мають опір 140 Ом.
R н = 140 Ом Þ G н = 7,14 мСм
Задамося ослабленням дзеркального каналу прийому рівним
Визначимо коефіцієнти включення в контур транзистора і навантаження (m і n відповідно). Виходячи з умови отримання максимального коефіцієнта посилення каскаду УСЧ:
,
де k - коефіцієнт зв'язку залежить від конструктивного розташування котушок.
Задамося k = 0,7
Розрахуємо коефіцієнт підсилення каскаду
Перевіряємо стійкість каскаду
Задамося коефіцієнтом стійкості рівним К в = 0,85
До u <До 0уст отже каскад буде працювати стійко.
Коефіцієнт посилення каскаду по потужності
Необхідний коефіцієнт посилення УРЧ за потужністю повинен відповідати двом умовам:
З одного боку
,
де і
коефіцієнти передачі по потужності змішувача і фільтра ФСС відповідно.
З іншого боку сигнал на виході УРЧ повинен бути таким, щоб змішувач залишався лінійним пристроєм (щоб не виникало інтермодуляціонних перешкод). Для лінійності змішувача до гетеродина пред'являються наступні вимоги (амплітуда напруги гетеродина
U г = 2В, R н = R вхСМ = 140 Ом Þ Р р = U 2 г / R н = 4 / 140 = 28,6 мВт).
,
де коефіцієнт передачі змішувача (так як змішувач виконаний по кільцевій схемі
),
- Вхідний опір змішувача.
- Опір навантаження змішувача, при узгодженні з ФСС
,
.
Тоді
=
{При узгодженні } =
Як ФСС вибираємо пьезокерамический фільтр FPA1-10 ,7-6 з наступними параметрами:
Кількість ланок-4
Середня частота f 0 = 10,7 МГц;
Смуга пропускання П ф = 7 ... 9,5 кГц;
Ослаблення при растройке + 10 кГц
від середньої частоти d, дБ - 46 дБ;
коефіцієнт передачі по напрузі на середній частоті: 0,97
номінальна вхідна провідність G вх = 0,835 мСм
номінальна вихідна провідність G вих = 0,417 мСм
Тоді
Так як К рУРЧ = 125, то умова виконується.
Для узгодження вхідного опору п'єзокерамічного фільтра з вихідним опором змішувача необхідний трансформатор з коефіцієнтом трансформації
,
де k - коефіцієнт зв'язку, що залежить від конструктивного розташування котушок, задамося k = 0,9.
Для того, щоб трансформатор L 14 L 15 можна було б вважати ідеальним, реактивний опір його первинної обмотки на робочій (проміжної) частоті має хоча б на порядок перевищувати опір внесене в первинну обмотку.
Таким чином
Тоді
Для забезпечення балансу схеми кільцевого змішувача коефіцієнт включення котушки L 3 в трансформаторі L 2 L 3 повинен складати 0,5 (відвід від середньої точки котушки L 3).
Для узгодження вихідного опору першого осередку фільтра із вхідним опором першого каскаду УПЧ необхідний трансформатор з коефіцієнтом трансформації
Визначаємо вхідний опір першого каскаду тракту УПЧ.
Вхідний опір першого каскаду визначається паралельним включенням опорів дільника напруги в ланцюга першого затвора.
Транзистор даного каскаду працює з нульовим напругою на затворі, значить опір R 10 і R 19 повинні бути обрані такими, щоб падіння напруги на опорі R 19 дорівнювало падіння напруги на джерельній резисторі. Оптимальний режим транзистора забезпечується при
U c і0 = 4В і I з0 = 8мА
Так як в стокової ланцюга транзистора включена первинна обмотка трансформатора, то по постійному струму падіння напруги на цій обмотці дорівнює нулю. Тому всі напруга живлення перерозподіляється між розв'язуючим фільтром R 4С2, ділянка стік-витік транзистора Т2 і істоковий резистором R 20. Задаємося падінням напруги на резисторі розв'язує фільтра R 4 рівному 1В, U R ф = 1В. тоді падіння напруги на джерельній резисторі R 20 одно
U R 20 = Е п - U R ф - U сі0 = 9-1-4 = 4В.
При цьому
,
що забезпечує хорошу температурну стабілізацію по постійному струму.
Задаємося опором R 19 рівному 500 кОм
Вибираємо резистор по ряд
Е24: R 19 = 510 кОм.
.
Падіння напруги на дільнику R 10 R 19 становить
U R 10 R 19 = Е п - U R ф = 9-1 = 8В.
Так як U R 19 = U R 20, то U R 10 = U R 10 R 19 - U R 20 = 8-4 = 4В.
Тоді R 10 = 4 * 500 000 / 4 = 500 кОм.
Вибираємо резистор по ряду
Е24: R 10 = 510 кОм
Отже
Таким чином необхідний коефіцієнт трансформації дорівнює
,
де k - коефіцієнт зв'язку, що залежить від конструктивного розташування котушок, задамося k = 0,9.
Для того, щоб трансформатор L 16 L 19 можна було б вважати ідеальним, реактивний опір його первинної обмотки на робочій (проміжної) частоті має хоча б на порядок перевищувати опір внесене в первинну обмотку.
Таким чином
Тоді
Розрахунок першого каскаду УПЧ
Опір розв'язує фільтра дорівнює R 4 = D Е ф / I з0, де D Е ф - падіння напруги на R 4.
Вибираємо
D Е ф = 0,1 Е п, D Е ф = 1В;
I с0 - струм стоку в робочій точці транзистора I з0 = 8мА.
Значить
R 4 = 1 / 0, 008 = 125 Ом.
Вибираємо резистор по ряду
Е24: R 4 = 120 Ом.
Опір резистора в ланцюзі витоку визначаємо за формулою
.
Вибираємо резистор по ряду
Е24: R 20 = 510 Ом
Для того щоб ємність джерельній конденсатора С21 не вносила помітних частотних спотворень її опір на робочій (проміжної) частоті має бути менше опору R 20
.
Вибираємо конденсатор по ряду
Е24: С21 = 620 пФ
Для забезпечення нормальної роботи розв'язує фільтра опір конденсатора С2 на робочій частоті має бути щонайменше в 100 разів менше, ніж опір резистора R 4
С2> 100 / (w з min R4) = 100 / (2 p 10,7 * 10 6 * 125) = 11 нФ
Вибираємо конденсатор по ряду
Е24: С2 = 12 нФ
Навантаженням для першого каскаду є опір внесене в первинну обмотку трансформатора з боку вхідного опору ФСС. Для узгодження вхідного опору фільтру з вихідним опором першого каскаду УПЧ необхідний трансформатор з коефіцієнтом трансформації
Вихідний опір каскаду згідно з паспортними даними транзистора одно 1500 Ом.
,
де k - коефіцієнт зв'язку, що залежить від конструктивного розташування котушок, задамося k = 0,9.
Для того, щоб трансформатор L 4 L 17 можна було б вважати ідеальним, реактивний опір його первинної обмотки на робочій (проміжної) частоті має хоча б на порядок перевищувати опір внесене в первинну обмотку.
Таким чином
Тоді
Трансформатор L 18 L 5 аналогічний трансформатора L 16 L 19.
L 18 = L 16 = 360 мкГн,
L 5 = L 19 = 30 мгн.
Коефіцієнт ослаблення сусіднього каналу прийому (расстройка 10 кГц) становить
Коефіцієнт ослаблення дзеркального каналу прийому
Навантаженням для другого каскаду є опір внесене в первинну обмотку трансформатора з боку третьої каскаду. Для узгодження вхідного опору третього каскаду з вихідним опором другого каскаду УПЧ необхідний трансформатор з коефіцієнтом трансформації
Вихідний опір каскаду згідно з паспортними даними транзистора одно 1500 Ом. Подальший каскад УПЧ працює в такому ж режимі, що і попередній, тому його вхідний опір дорівнює
,
де k - коефіцієнт зв'язку, що залежить від конструктивного розташування котушок, задамося k = 0,9.
Для того, щоб трансформатор L 6 L 7 можна було б вважати ідеальним, реактивний опір його первинної обмотки на робочій (проміжної) частоті має хоча б на порядок перевищувати опір внесене в первинну обмотку.
Таким чином
Тоді
Обчислюємо ємність розділового конденсатора
Х С12 <0,1 R вхУПЧ,
де R вхУПЧ - вхідний опір каскаду УПЧ.
Оскільки
R вхУПЧ = 250 кОм, то 1 / (w пр С12) <0,1 * 250000, 1 / (w пр С12) <25000,
1 / (2 p 10,7 * 10 6 * С12) <25000, С12> 1 / (2 p 10,7 * 10 6 * 25000) = 0,595 пФ
Вибираємо конденсатор по ряду
Е24: С12 = 6,8 пФ
Розрахуємо коефіцієнт підсилення каскаду
Перевіряємо стійкість каскаду
Задамося коефіцієнтом стійкості рівним К в = 0,85
Оскільки амплітуда напруги на вході детектора повинна бути не менше 1 B (для того щоб виключити появу нелінійних спотворень продетектированного напруги), що значно менше максимально допустимої напруги затвор-витік даного транзистора, то в наступних каскадах УПЧ можна використовувати той самий режим роботи, що і в даному каскаді, тому номінали навісних елементів транзисторів будуть такими ж:
R 10 = R 11 = R 12 = R 13 = 510 кОм,
R 19 = R 21 = R 23 = R 25 = 510 кОм,
R 20 = R 22 = R 24 = R 26 = 510 Ом,
R 4 = R 5 = R 6 = R 7 = 120 Ом
L 4 = L 6 = L 8 = L 10 = 0,223 мгн
L 7 = L 9 = 30,5 мгн
C 12 = C 13 = C 14 = C 15 = 6,8 пФ
C 21 = C 22 = C 23 = C 24 = 620 пФ
C 2 = C 3 = C 4 = C 5 = 12 пФ.
Розрахуємо кількість каскадів тракту УПЧ, необхідне для забезпечення необхідної чутливості:
N = log Ku K УПЧ, де N - необхідна кількість каскадів УПЧ, К u - коефіцієнт посилення по напрузі одного каскаду УПЧ, K УПЧ - коефіцієнт посилення по напрузі всього тракту УПЧ,
K УПЧ = U ВхД / Е А0,
де U ВхД - амплітуда напруги на вході детектора
(U ВхД = 1В), Е А0 -
необхідна чутливість приймального пристрою,
K УПЧ = 1 / 5 * 10 -6 = 2 * 10 5
Значить
N = log 27 2 * 10 5 = 3,7,
тобто необхідне число каскадів дорівнює N = 4.
Тоді загальний коефіцієнт посилення по напрузі тракту ПЧ становить
K УПЧ = К N u = 27 4 = 5,31 * 10 5
Визначимо номінали котушок індуктивності ВЦ останнього каскаду УПЧ: Для цього необхідно розрахувати R вх детектора сигналу і детектора АРУ
R вхАД »R 14 / 2
Для виключення можливості виникнення нелінійних спотворень в ланцюзі детектора за рахунок інерційності його навантаження має виконуватися така умова:
, Де t = R 14 C 10
- Постійна часу навантаження детектора, m - коефіцієнт модуляції (в радіомовленні m = 0,8), W max - вища модулирующая частота (W max = 6,3 кГц).
Для збільшення коефіцієнта передачі детектора слід вибирати якомога більший опір R 14, однак зі збільшенням R 14 необхідно зменшувати ємність С10. При цьому потрібно пам'ятати, що остання не повинна бути сумірною з ємністю діода, тому що при цьому коефіцієнт передачі детектора зменшується.
.
З усього Детектируемая сигналу наявного на коливальному контурі, до діода прикладається та його частина, яка падає на плечі З ак ємнісного дільника З ак С10 (див. малюнок 5). Чим менше ємність С10, тим менша частина сигналу прикладається до діода і тим більша до навантаження. Тому слід брати С10> 20С ак. Менша ємність призводить до зниження внутрішнього коефіцієнта посилення детектора.
Рис. 5
Як діода детектора вибираємо діод Д9 (характеристики приладу наведено в додатку) з наступними параметрами
З ак = 1 пФ; S = 10 мСм; S обр = 2,5 * 10 -8 Див
Тоді С10> 20 * 1 * 10 -12 = 20 * 10 -12 Ф.
Вибираємо конденсатор по ряду
Е24: С10 = 1,1 нФ.
Отже
R 14 = t / С10 = 0,5 * 10 -4 / 1,1 * 10 -9 = 45455 Ом.
Вибираємо резистор по ряду
Е24: R 14 = 47 кОм.
Тоді R вхАД = R 14 / 2 = 47 * 10 3 / 2 = 23,5 * 10 3 Ом
Визначаємо вхідний опір детектора АРУ:
Призначенням фільтра в ланцюзі АРУ є виділення з продетектированного сигналу постійної напруги, пропорційної амплітуді коливань несучої частоти. Фільтр АРУ повинен задовольняти наступним вимогам:
1. Здійснювати достатню придушення нижчої модулирующей частоти W min = 50 Гц у десятки і більше разів. Це необхідно для усунення явища демодуляції і спотворення в електронних регуляторах. Дана вимога визначає мінімальне значення постійної часу фільтра.
2. Регулюючий напруга на виході фільтра має встигати стежити за найбільш швидкими змінами рівня сигналу на вході приймача, зумовленими наприклад явищем завмирання (зазвичай з періодом не менше однієї секунди). Ця вимога визначає максимально допустиме значення постійної часу фільтра.
3. Фазовий зсув по НЧ у фільтрі повинен бути мінімальним, що необхідно для забезпечення стійкої роботи замкненого кола АРУ. Для поліпшення взаємної розв'язки між окремими ланками електронних регуляторів доводиться включати додаткові RC ланки в ланцюзі подачі напруги на кожну ланку електронних регуляторів. Це збільшує загальну фазовий зсув в ланцюзі АРУ. Однак, якщо постійну часу додаткових ланок вибрати багато менше постійної часу основного фільтра (у 10 і більше разів), то додатковий фазовий зсув виявиться незначним.
Як діода для системи АРУ вибираємо той же діод Д9.
Постійну часу навантаження детектора АРУ вибираємо рівної постійної часу детектора сигналу:
t АРУ = t = 0,5 * 10 -4 з
t АРУ = R 37 C 31
C 31> 20 C AK, C 31> 20пФ
Вибираємо конденсатор С31 по ряду
Е24: С31 = 4,7 нФ.
Тоді
R 37 = t АРУ / C 31 = 0.5 * 10 -4 / (4.7 * 10 -9) R вхДАРУ 10638 Ом.
Вибираємо резистор
R 37 по ряду Е24: R 37 = 11 кОм.
Тоді
R вхДАРУ R 37 / 3 = 11 * 10 3 / 3
3.67 * 10 3 Ом.
Визначимо результуюче вхідний опір детектора сигналу і детектора АРУ:
Воно визначається паралельним з'єднанням цих детекторів, тобто
R вх S = R вхАД * R вхДАРУ / (R вхАД + R вхДАРУ)
R вх S = 23,5 * 10 3 * 3,67 * 10 3 / (23,5 * 10 3 +3,67 * 10 3) = 3 ком.
Визначимо постійну часу фільтра АРУ:
t фару = R29C29
10 / W min <R29C29 <1 10/50 <R29C29 <1
0,2 <R29C29 <1
Нехай R 29 C 29 = 0,3 с
Нехай C 29 = 13 * 10 -6 Ф. Тоді R 29 = t фару / C 29 = 0,3 / 13 * 10 -6 23 * 10 3 Ом.
Вибираємо резистор R 29 по ряду
Е24: R 29 = 22 кОм
Падіння напруги на резисторі R 36 має дорівнювати напрузі затримки тобто U R 36 = 1В. При цьому при відсутності регулюючого напруги на виході фільтра АРУ транзистори каскадів УПЧ повинні працювати в режимі максимального посилення, тобто мати максимальну крутизною. Максимальна крутість транзистора забезпечується при U З24 = 0В. U З24 = U P - U R і. Отже, U З24 = 0В при U P = U R і. тому що U R і = 4В, то під час відсутності дії системи АРУ напруга на виході фільтра АРУ має дорівнювати U Р0 = 4В. Тому залежність U З24 (U вх) повинна мати наступний вигляд:
Для реалізації цих умов в схемі передбачено дільник напруги R 35 - R 36 - R 38.
Оскільки від величин R 35, R 36, R 38 залежить токопотребленіе схеми приймача бажано вибрати ці опору такими, щоб величина струму проходить через дільник напруги не перевищувала 5 ... 10% від токопотребленія іншої частини схеми ( , Де
- Запас по струму,
; Приймемо
= 15 мА,
тоді ).
.
Приймаються .
Нехай R g = R 35 + R 36 + R 38 = 10кОм (При цьому I g = 0,9 мА).
(E п - U р0) (R 36 + R 38) = U р0 * R д - U р0 (R 36 + R 38)
(E п - U р0 + U р0) (R 36 + R 38) = U р0 * R д
E п (R 36 + R 38) = U р0 * R д
R 36 + R 38 =
R 35 = R д - (R 36 + R 38) = 10 4 -4,44 * 10 3 = 5560 Ом.
Вибираємо резистор R 35 по ряду Е24: R 35 = 5,6 кОм
U R 35 = I д R 35 = 0,9 * 10 -3 * 5,6 * 10 3 = 5,04 B
Тоді R 36 + R 38 = 10 4 -5,6 * 10 3 = 4400 Ом;
Вибираємо резистор по ряду Е24:
R 38 = 3,3 кОм
Ємність конденсаторів С30 іС32 повинні набагато перевищувати ємність навантажувального конденсатора С31 = 4,7 нФ.
Вибираємо конденсатори з ряду Е24:
С30 = С32 = 110 нФ
Тепер можна визначити необхідний коефіцієнт трансформації між котушками L 10 і L 11
,
де k - коефіцієнт зв'язку, що залежить від конструктивного розташування котушок, задамося k = 0,9.
Для того, щоб трансформатор L 10 L 11 можна було б вважати ідеальним, реактивний опір його первинної обмотки на робочій (проміжної) частоті має хоча б на порядок перевищувати опір внесене в первинну обмотку.
Таким чином
Тоді
Постійну часу ланцюжків R 34 C 28, R 33 C 27, R 32 C 26, R 31 C 25, вибираємо в 100 разів менше, ніж постійну часу ланцюга R 37 C 31, тобто
t / = R 34 C 28 = 0,003 з
Нехай C 28 = 0,33 мкФ, тоді
R 34 = t / / C 28 = 0,003 / 0,33 * 10 -6 = 9090 Ом
Вибираємо резистор по ряду Е24:
R 34 = 9,1 кОм
Отже R 34 = R 33 = R 32 = R 31 = 9,1 кОм,
C 28 = C 27 = C 26 = C 25 = 0,33 мкФ
Визначити ємність конденсатора С9:
Спільно з котушкою L 11 цей конденсатор повинен утворювати коливальний контур з резонансною частотою рівною проміжній частоті.
.
Вибираємо конденсатор по ряду Е24:
С9 = 0,62 пФ
Визначаємо ефективність дії АРУ:
Згідно з технічним завданням зміну вхідної напруги на 60 дБ повинно викликати зміна вихідної напруги не більш ніж на 6 дБ.
При зміні напруги на вході на 60 дБ рівень напруги у ВЦ складе:
U вх = Е А0 * 1000 = 5 * 10 -6 * 1000 = 0,005 В.
При цьому напруга на виході УПЧ не повинно перевищувати
U вих = U з * 2 =* 2 = 2 В.
Отже, дія системи АРУ повинно знизити коефіцієнт посилення тракту УПЧ до значення
К / u = U вих / U вх = 2 / 0, 005 = 400
Таким чином, регулювальна характеристика системи АРУ повинна мати наступний вигляд
Рис. 6. Характеристика системи АРУ
Згідно з паспортними даними транзистора 3П328А-2 крутизна приладу при U з2і = 2В нікчемна мала, отже необхідні характеристики системи АРУ виконуються.
Для забезпечення більшої стабільності ланцюгів харчування, паралельно джерела живлення включаємо два конденсатори з ємностями:
C 33 = 1,1 мкФ
С34 = 1,1 нФ
Список використаної літератури
1.Кучінскій Г.С. Розрахунок прийомних радіоприймачів: довідник. - М.: Вища школа, 2007. - 471 с.
2. Шило В.Л. Приймальні пристрої: довідник. - М.: Радіо і зв'язок, 1997. - 342 с.
3. Резистори: (довідник) \ Ю. М. Андрєєв, А. І. Антонян, Д. М. Іванов та ін: під ред. І. І. Четверткова - М.: Вища школа, 2001. - 312 с., Іл.