Расчёт супергетеродинного приёмника ДВ, СВ волн

Расчёт супергетеродинного приёмника ДВ, СВ волн

Именно по этому пути и шли ученые, которые хотели использовать волны Герца для связи без проводов.

Однако это не привело к существенным результатам.

Другим путем пошел А. С. Попов, обратив основное внимание на отыскание возможностей приема очень слабых сигналов, т.е. на повышение чувствительности приемника. 7 мая 1895 г. А.С. Попов на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в Петербурге демонстрировал прибор, принимающий электромагнитные колебания. Этот прибор был первым в мире радиоприемным устройством; к нему было добавлено регистрирующее устройство и создан грозоотметчик.

Радиоприемное устройство Попова отличалось от приемных устройств предшествующих исследователей (Герца, Лоджа) двумя особенностями: наличием антенны и использованием усиления принятого сигнала. В дальнейшем Попов значительно повысил чувствительность своего приемника, введя в схему своего радиоприемника колебательный контур, настраиваемый в резонанс с частотой электромагнитных колебаний. В 1904 г. английский ученый Флеминг изобрел двухэлектродную лампу (диод), а в 1906 г. Ли де Форест ввел в нее третий электрод – управляющую сетку.

Электронная лампа вызвала большие изменения в технике радиосвязи.

Дальнейшее развитие техники радиоприема было связано с усовершенствованием электронных ламп. С 1918 г. стали применять так называемую регенеративную схему, которая позволила значительно повысить чувствительность и избирательность радиоприемников. В 1918 г.

Армстронг получил патент на схему супергетеродинного приемника. В начале 30-х годов были созданы многосеточные лампы, в связи, с чем супергетеродинные схемы становятся основными для большинства выпускаемых радиоприемников. В 60-е годы началось освоение инфракрасного и оптического диапазонов волн.

Развитие радиолокационной техники привело к разработке новых методов усиления слабых электрических колебаний. Были созданы малошумящие усилители СВЧ с использованием ламп бегущей волны, молекулярные и параметрические усилители, усилители на туннельных диодах.

Развитие полупроводниковой электроники привело к новому направлению в разработке методов и устройств приема и обработки информации – микроэлектронике.

Успехи в развитии современной микроэлектроники позволяют значительно улучшить основные параметры радиоприемников.

Замена целых функциональных узлов и блоков радиоприемника интегральными микросхемами, замена конденсаторов переменной емкости или варикапными матрицами позволяют использовать новые методы конструирования радиоприемников, как-то: синтез частот, бесшумная настройка, автоматическая регулировка полосы пропускания при изменении уровня входных сигналов, программное управление приемником и т.д.

Современная технология производства радиоэлектронной аппаратуры, принципиально новые схемные решения, реализация которых стала возможной на ее основе, так как количество элементов и сложность схем при использовании интегральных микросхем перестали быть ограничивающими факторами, позволили резко повысить качественные показатели всех видов радиоприемных устройств.

Современные радиоприемные устройства обеспечивают надежную связь с космическими станциями, работают в системах спутниковой связи, в многотысячекилометровых радиорелейных линиях.

Судовождение, авиация немыслимы сегодня без совершенных радиолокационных станций.

Современная научно-техническая революция находит свое яркое выражение в бурном развитии радиотехники, в частности техники радиоприемных устройств. 1.2 Эскизный расчет приемника Вариант№20 Параметры приемника: 1. Диапазон принимаемых частот f н f в , кГц ………….........................ДВ, СВ. 2. Чувствительность на магнитную антенну Е а , мВ/м …………..………… 3 3. Селективность по соседнему каналу ск , дБ……………………………….40 4. Селективность по зеркальному каналу зк , дБ ……………………………30 5. Выходная мощность P вых , Вт .……………………………………………0,15 6. Спектр воспроизводимых частот F н F в , Гц………………………..300 3500 7. Неравномерность частотной характеристики М, дБ ……………………..12 8. Коэффициент нелинейных искажений К г , %.………………………………8 9. Действие АРУ на входе ………………………………………………….25дБ на выходе………………………………………………….6дБ 10. Вид питания – батарея 6В 11. Рассчитать принципиальную схему каскадов АД и УННЧ 12. Рассчитать частотную характеристику УНЧ 1.2.1 Определение и выбор типа радиоприемного устройства Для выбора типа радиоприемного устройства воспользуемся ГОСТ 5651-89. Аппараты по электрическим и электроакустическим параметрам подразделяют на три группы сложности: высшую (0); первую (1) и вторую (2). Брем таблицу с трактом АМ – это тракт приема программ радиовещательных станций в диапазонах ДВ, СВ и КВ, а диапазон нашего приемника ДВ, СВ. Но мы не берем высшую группу сложности, так как наш радиоприемник не совпадает с ней ни по одному параметру. Тракт АМ Табл. №1

Наименование параметра Норма для аппаратов группы сложности
1 2
1. Чувствительность, ограниченная шумами, при отношении сигнал/шум не менее 20дБ: по напряжению со входа для внешней антенны, мкВ не хуже в диапазонах: ДВ СВ по напряженности поля, мВ/м, не хуже, в диапазонах: ДВ СВ 2. Диапазон воспроизводимых частот звукового давления всего тракта при неравномерности частотной характеристики звукового давления 14 дБ в диапазоне СВ и 18 дБ в диапазоне ДВ, Гц, не уже для стационарных аппаратов . для переносных аппаратов 3. Общие гармонические искажения всего тракта по электрическому напряжению на частоте модуляции 1000 Гц, при М=0,8; Р вых = Р вых ном ( U вых = U вых ном ), %, не более 4. Отношение сигнал/фон с антенного входа для аппаратов с питанием от сети переменного тока, дБ, не менее 100 100 1,5! 0,7 50-6300 125-5600 4 46 По ТУ ! По ТУ! По ТУ По ТУ ! 125-3550 315-3150! 5 40
Наименование параметра Норма для аппаратов группы сложности
1 2
5. Действие автоматической регулировки усиления: изменение уровня сигнала на входе, дБ изменение уровня сигнала на выходе, дБ, не более 6. Односигнальная избирательность по соседнему каналу при расстройке ±9 кГц, дБ, не менее 7. Односигнальная избирательность по зеркальному каналу, дБ, не менее, в диапазонах: ДВ (на частотах 200 кГц) СВ (на частотах 1000 кГц, по ТУ) 46 10 40 50(40)** 36 30! 10! По ТУ! 40(26)** 34(20)**
* Для аппаратов объемов менее 0,001 м 3 диапазон устанавливают в ТУ. ** Для аппаратов объемом менее 0,001 м 3 . При сравнении параметров приведенных в таблице с параметрами нашего приемника, во втором классе приемника (2) было найдено 7 совпадений (отмеченных знаком !), тогда как в первом классе (1) – лишь 1 совпадения (отмеченных знаком !). В первом случае совпали чувствительность магнитной антенны, действие автоматической регулировки усиления, односигнальная избирательность по соседнему каналу и диапазон воспроизводимых частот. Во втором случае совпала лишь чувствительность магнитной антенны. На этом основании я выбираю 2 класс сложности радиоприемного устройства. 1.2.2 Выбор поддиапазонов и их границ Если при неизменной индуктивности контура не может быть обеспечено перекрытие всего диапазона приемника переменным конденсатором, а также для удобства и большей точности установки частоты и настройки приемника на станции диапазона коротких и ультракоротких волн, диапазон приемника делится на отдельные поддиапазоны.

Предварительный выбор числа усилительных каскадов и избирательных контуров приемника необходимо производить на каждом поддиапазоне отдельно.

Поэтому предварительный расчет приемника необходимо начинать с выбора числа необходимых поддиапазонов и определения их границ. В радиовещательных приемниках разбивка на поддиапазоны производится согласно ГОСТ 5651-89. В соответствии с этим дополнительно на поддиапазоны разбивается только КВ. диапазон, а остальные проверяются на обеспечение выбранным блоком переменных конденсаторов заданного перекрытия частот.

Диапазон КВ. радиовещательного приемника обычно делится на 2-3 поддиапазона или выделяется несколько растянутых поддиапазонов. Так как в технических требованиях на приемник границы поддиапазонов и их количество не заданы, мы рассчитываем коэффициент перекрытия всего диапазона.

Выбираем двух секционный блок конденсаторов переменной ёмкости Тесла Cmin =5пф и Cmax =385пф, габаритные размеры блока 25*25*25мм.

Определяем коэфицент диапазона Кд, задавшись ёмкостью схемы Ссх=30пф, по формуле: Кд = (С k max +Ссх)/(С k min + C сх) = (385+30)/(5+30) = 3,44 По формуле: Кд.с.= f c max / f c min определяем требуемый коэфицент диапазона по частоте Кд. с, предварительно рассчитав f c max и f c min по формулам: f c max = 1.02*fc max, f c min = fc min/1.02, Так как мне не заданы частоты диапазонов ДВ и СВ то по ГОСТ 5651-64 я принимаю для ДВ: 150 408кГц ; для СВ: 525 1605кГц Для (ДВ): f c max = 1.02*408 =416,16кГц f c min =150/1.02 = 147,05кГц , Кд.с=416,16/147,05=2,8 Для (СВ): f c max = 1.02*1605=1637.1кГц f c min = 525/1.02 =514.7кГц Кд.с=1637,1/514,7=3,180 Проверяем выполнение условия чтобы Кд Кд.с: Для (ДВ): 3,44>2,8 для (СВ): 3.44>3.180, Так как условие выполняется то в приёмнике применяется один диапазон для (ДВ), и один диапазон для (СВ). 1.2.3 Проверка перекрытия поддиапазонов После выбора блока переменных конденсаторов необходимо проверить, сможет ли он обеспечить перекрытие всех поддиапазонов приемника.

Порядок расчета: 1. Определяется эквивалентная емкость схемы С’ сх , при которой выбранный ранее блок переменных конденсаторов обеспечит перекрытие данного поддиапазона k ’ пд . Для (ДВ) и для (СВ): С’ сх = (С max – Кд 2 С min ) / (Кд 2 – 1) = (385 – 3,44 2 5) / (3,44 2 – 1) = 325,83/10,83=30,08пф 2. Так как на всех поддиапазонах С’ сх > 0, то необходимо вычислить действительную емкость схемы: С сх = С м + С L + С вн = 15 + 15 = 30 пФ где С м – емкость монтажа (см. табл. №3) С L – собственная емкость катушки контура (см. табл. №3) С вн – емкость, вносимая в контур электронным прибором на рабочей частоте.

Емкость, вносимую в контур электронным прибором на рабочей частоте, мы не вычисляем и принимаем равной 0. Табл. №3

Диапазон Емкость монтажа С м , пФ Емкость катушки С L , пФ
Длинные волны (ДВ) Средние волны (СВ) Короткие волны (КВ) Ультракороткие волны (УКВ) 5 20 5 15 8 10 5 6 15 20 5 15 4 10 1 4
3. Так как С сх ’ С сх (на всех поддиапазонах), то дополнительную емкость можно не определять. И, следовательно, блок конденсаторов выбран, верно. 4. Эквивалентная емкость входной цепи: Для (ДВ) и для (СВ.): С э = (Ck min + С сх ’) (Ck max + С сх ’) = (5 + 30,08) (385 + 30,08)= 35,08 415,08 пФ Выбор промежуточной частоты Величина промежуточной частоты выбирается из следующих соображений: 1. Промежуточная частота ( f пр ) не должна находиться в диапазоне частот приемника или близко от границ этого диапазона; 2. Промежуточная частота не должна совпадать с частотой какого-либо мощного передатчика. 3. Для получения хорошей фильтрации промежуточной частоты на выходе детектора должно быть выполнено следующее условие: f пр 10 F в , где F в – верхняя частота модуляции. 4. С увеличением промежуточной частоты: - увеличивается избирательность по зеркальному каналу; - уменьшается избирательность по соседнему каналу; - расширяется полоса пропускания; - уменьшаются входное и выходное сопротивления электронных приборов, что приводит к увеличению шунтирования контуров, а так же понижается крутизна характеристики транзисторов; - ухудшается устойчивость УПЧ; - уменьшается коэффициент усиления на каскад за счет уменьшения резонансного сопротивления контура и ухудшения параметров электронных приборов; - уменьшается вредное влияние шумов гетеродина на чувствительность приемника; - облегчается разделение трактов промежуточной и низкой частоты, что позволяет упростить фильтр на выходе детектора; - увеличивается надежность работы устройства автоматической подстройки частоты; - уменьшаются размеры контуров и блокировочных конденсаторов. 5. С уменьшением промежуточной частоты: - увеличивается избирательность по соседнему каналу; - уменьшается избирательность по зеркальному каналу; - сужается полоса пропускания; - увеличиваются входное и выходное сопротивления электронных приборов, что приводит к уменьшению шунтирования контуров, а так же увеличивается крутизна характеристики транзисторов; - улучшается устойчивость УПЧ; - увеличивается коэффициент усиления на каскад; - понижается коэффициент шума. Табл. №4
Тип приемного устройства Промежуточная частота
Радиовещательный АМ и ЧМ 465±2 кГц; 6,5±0,1 МГц
В соответствии с таблицей №4, я выбираю промежуточную частоту равную 465±2кГц. 1.2.5 Определение ширины полосы пропускания Ширина полосы пропускания высокочастотного тракта супергетеродинного приемника определяется необходимой шириной полосы частот излучения передатчика корреспондента, а также нестабильностью частоты передатчика корреспондента и гетеродина приемника.

Необходимая ширина полосы частот излучения передатчика 2 f п зависит от вида передачи и модуляции, и определяется следующим образом: 1. При двух полосной амплитудной модуляции (АЗ) 2 f п = 2 F в = 2 3500Гц = 7000Гц=7кГц где F в – верхняя (максимальная) частота модуляции. 2. При однополосной амплитудной модуляции: с подавлением одной боковой полосы (АЗН и АЗА) 2 f п = F в = 3500Гц=3,5кГц с подавлением одной боковой полосы и несущего колебания (АЗ J ) 2 f п = F в - F н = 3500 –300 = 3200Гц=3,2кГц где F н – нижняя (минимальная) частота модуляции. 1.2.6 Распределение заданной неравномерности усиления в полосе пропускания. Для обеспечения необходимого минимума частотных искажений в области верхних звуковых частот каждому радио приёмному устройству в технических условиях задаётся наименьшее ослабление на краях полосы пропускания. Для радио вещательных приёмников это ослабление задано в ГОСТ 5651-65. При проектировании заданная величина ослабления распределяется по отдельным трактам приёмника.

Практикой установлено, что наиболее приемлемым является распределение ослабления на краях полосы пропускания приёмника по отдельным трактам, приведенное в таблице№5:

Ослабление на краях полосы пропускания не более, дб
Тип приёмника Частота, кГц Всего тракта Тракта РЧ Тракта ПЧ1 Тракта ПЧ2 УННЧ УНЧ
Радио вещательные приёмники: С АМ С АМ С ЧМ Транзисторный АМ с магнитной антенной >250 >250 >250 18 14 14 14 4 8 1 3 0 3 6 6 8 6 8 6 4 8 ----- ----- ----- ----- 1 2 1 2 2 3 1.5 2 1 2.5 1 2.5 3 4 1.5 2
В приёмниках с магнитной антенной, где для увеличения эффективной действующей высоты магнитной антенны и избирательности по зеркальному каналу эквивалентное качество контуров входной цепи может быть сделано достаточно высоким (порядка 100 200), увеличивают ослабление тракта радиочастоты до 3 6дб, соответственно уменьшая ослабление в тракте УПЧ и УНЧ. 1.2.7 Определение эквивалентной добротности и число контуров тракта радиочастоты. В зависимости от заданной величины ослабления зеркального канала определяется необходимая минимальная добротность контура преселектора.

Зададимся только входным контуром без УРЧ и определим минимальную эквивалентную добротность контура Q эк.зк, обеспечивающую заданное ослабление зеркального канала: nc =1 nc Q эк.зк = Se .зк / {( f ²зк/ f ² c max )-1}, где Se зкзаданное ослабление зеркального канала в относительных единицах; f эк = fc max +2* f пр. Далее выбирают конструктивную добротность контуров преселектора Q кон, ориентировочное значение которой приведено в таблице №6:

Диапазон волн. Конструктивная добротность контура с ферритовым сердечником.
Километровый (ДВ) 90 140
Гектометровый (СВ.) 100 160
Декаметровый (КВ.) 140 190
Потом проверяют выполнение условия: Q эк.зк (0,5 0,7) Q кон. Далее рассчитывают полосу частот входного сигнала П и максимальную добротность контура входной цепи или входной цепи и УРЧ Q эк.п. при которой частотные искажения в заданной полосе не превышают допустимых, полученных при распределении их между каскадами: П=2*( Fm max + f сопр + f г), где f сопр-допустимая неточность сопряжения настроек контуров, которую для километрового и гектометрового диапазона выбирают равной 3 5кГц; f гвозможное отклонение частоты гетеродина, равное (0,5 1)*0,001* fcmax ; Fcmin M ²-1 Q эк.п= , П. Где Мчастотные искажения преселектора, при отсутствии в приёмнике УРЧ М=Мпрес/2, при наличии УРЧ М=Мпрес.

Должно выполнятся условие: Q эк.п. Q эк.зк Fm max = Fc max - Fc min =3500-300=3200Гц=3,2кГц. Для ДВ: Q эк.зк = 31,6/{(1790244/166464)-1}=3.2 Выбираю конструктивную добротность Q кон=90 Проверяю выполнение условия Q эк.зк (0,5 0,7) Q кон: 3.2 45 63, условие выполняется, принимаем рассчитанное Q эк.зк.=3,2 f сопр – для ДВ и для СВ выберают(3 5)кГц, выберу f сопр= 5кГц; f г= 1*0,001* f с max = 1*0.001*408кГц= 0,408кГц П.= 2*(3,2+5+0,408)=17,216кГц Q эк.п= (150кГц* (3/2)²-1)/17,216кГц= 167,70/17,216=10,89 Проверяю выполнение условия Q эк.п Q эк.зк : 10,89 3,2, условие выполняется, следовательно выбираем рассчитанное Q эк.п=10,89 и УРЧ применять не надо. Для СВ.: Q эк.зк= 31,6/{(2535/1605)²-1} 22 Выбираю конструктивную добротность Q кон=140. Проверяю выполнение условия: Q эк.зк (0,5 0,7) Q кон: 22 70 98, условие выполняется, принимаем рассчитанное Q эк.зк=22. f сопр=5кГц; f г(0,5 1)*0,001*1605кГц=0,8 1,6кГц, выбираю f г=1кГц. П.=2*(3,2+5+1)=18,4кГц. Q эк.п= (525* (3/2)²-1)/18,4=31,9. Проверяю выполнение условия: Q эк.п Q эк.зк; 31,9 22, условие выполняется следовательно выбираю рассчитанное Q эк.п=31,9 и УРЧ применять не надо. 1.2.9 Определение типов и числа контуров тракта промежуточной частоты.

Группа сложности приёмника АМ тракт
Тип А3 Селективная система
Преобразователь УПЧ-1 УПЧ Оконечное
высшая ПТ БПТ ФСС-3,4 ПКФ К К К Р
ДКС К К ДПФ ФСС-3,4 ДПФ: К К
ИС ПКФ РИС РИС: К
1 ПТ; БПТ ФСС-3,4 К К ФСС-3,4 К К
ДКС К ФСС-3,4 К
ИС ПКФ РИС РИС; К
2 БТП ФСС-3,4 К К ФСС-3,4 К К
ДКС К ФСС-3,4 К
ИС ПКФ ПКФ К РИС РИС РИС
Таблица№7: Исходя из таблицы №7 для приёмника 2-го класса сложности я выбираю ПЧ на биполярном транзисторе, нагруженным либо на ФСС-3,4; либо на одиночный колебательный контур. Схему ПЧ выбирают либо с совмещённым, либо с отдельным гетеродином, так как мой приёмник 2-го класса сложности то я выбираю схему ПЧ с отдельным гетеродином нагрузкой которого является ФСИ, состоящий из LC контуров.

Избирательность по соседнему каналу, которая обеспечивается входной цепью. Se =( N +1)*20 lg 1+(2* f * Q эк./ fc max )² дБ, где N - число каскадов УРЧ, f - стандартная расстройка, равная 9кГц для километрового, гектометрового и декаметрового диапазонов; fc max - максимальная частота сигнала; Q эк.-ранее выбранная добротность контуров входной цепи и УРЧ. Значение Se фси рассчитывают по формуле: Se фси = Se -( Se + Se упчобщ),дБ. Таблица№8

параметр ПФ1П-1 Пф1П-2 ПФ1П-001 ПФ1П-013
Средняя частота полосы пропускания, кГц 465±2,5 465±2,5 465±2,5 465±2,5
Ширина полосы пропускания на уровне, дб, кГц 6,5-10,0 8,5-12,5 7,0-10,5 9,5-13,5
Неравномерность затухания в полосе пропускания, дб, не более 3 3 1 1
Затухание в полосе пропускания, дб, не более 12 12 4,5 4,5
Избирательность по соседнему каналу (ослабление при расстройке ±9кГц), дб, не менее 41 38 12 9
Согласующие сопротивления, кОм со стороны: Входа Выхода 1,2 0,68 1,2 0,68 2 1 2 1
Для (ДВ): Se =(0+1)*20 lg 1+(2*9*9.74/408 )² = 20* lg 1,08=0,73дб Se фси=30-(0,73+6)=23,27дб Для (СВ): Se =(0+1)*20 lg 1+(2*9*31.9/1605)² = 0.52дб Se фси=30-(0,52+6)=23,48дб Пфси =П./а, где, а=0,8 0,9 – коэффициент расширения полосы.

Выбираю, а=0,85 Пфси =7кГц/0,85=8,2кГц Для определения количества звеньев рассчитывают необходимую эквивалентную добротность контуров ФСИ: Q эк.фси= 2*1,41* f пр/Пфси=2*1,41*465/8,2=160 Максимальная конструктивная добротность контуров ФСИ Q конфси=200. Должно выполнятся условие: Q эк.фси (0,6 0,8)* Q конфси 160 120 160 – условие выполняется.

Относительная расстройка и обобщенное затухание: e =2* f /Пфси = 2*9/12,5=1,44 e =2* f пр/ Q экфси *Пфси =2*465/160*12,5=0,465 подставляя эти значения в графики, получаем Se 1=6дб определяем необходимое число звеньев по формуле: Для ДВ: N фси= Se фси/ Se 1=23,27/6=3,87 4 Для СВ: N фси= Se фси/ Se 1=23,48/6=3,91 4 Исходя из полученного коэффициента видно, что нагрузкой моего ПЧ будет являться 4-х звенный ФСИ состоящий из LC контуров. 1.2.10 Выбор транзисторов приёмника для тракта радио частоты и промежуточной частоты. В целях унификации в тракте РЧ и ПЧ используются одни и теже транзисторы. Выбор транзисторов осуществляется исходя из следующих соображений: 1. Fmax 0.1 f гр 2. Uk E и Выбираю транзистор ГТ309Б F гр=80МГц и E к max =10В Проверяю выполнение условий 1 и 2: 1. Fmax 0,1 f гр 0,1*80=8МГц 2. Uk =10В E и=6В Условие выполняется, следовательно, транзистор выбран правильно, выписываю основные параметры в таблицу№9

Тип транзистора Ik , ma Uk, B S, ma/B h 21э C 12, пФ g 11э, сим R вх, кОм h 22э, мксим h 11э, Ом
ГТ309Б 10 5 26 120 5 0,001 1,25 5 38
Тип транзистора к, мксек Ск, пФ r б, Ом gi , сим g , сим
ГТ309Б 0,0005 10 75 0,0000045 0,00021
Так как параметры транзистора рассчитаны определённой частоте, чаще всего 1000Гц, то необходимо пересчитать его параметры на f 0=465кГц Вычисление высоко частотных параметров транзистора: 1. определяем параметры транзисторов при токе Ik 2=1 ma : A=Ik2/Ik1=1/10=0.1; S0’=A*S0=0.1*26=26ma/B; g’=A*g=0.1*0,00021=0,000021 сим ; g’i=A*gi=0.1 * 0,0000045=0,00000045 сим ; ’=А* =0,1*0,5=0,05нсек=0,00005мксек; 2. определяем вспомогательные коэффициенты: Н =S0’*r б /1000=2.6*75/1000=0.195; Ф =S0’*r б *Ck/ ’*1000000000=2.6*75*10/0.0005*1000000000=0,0039 сим Б = ’/r б *(1-g’*r б )*1000000=(0,00005/75)*(1-0,000021*75)*1000000= =0,6656 пФ v =2* * f 0* ’=2*3.14*0,465*0,00005 0,00015 3.Определяем входное сопротивление транзистора: g вх= g ’+ v ²/ r б=0,000021+0,00015²/75 0,000021сим R вх=1/ g вх=1/0,000021=47619Ом 48кОм 4. Определяем выходное сопротивление транзистора: g вых= gi ’+ v ²*Ф=0,00000045+0,00015²*0,0039 0,00000045сим R вых=1/ g вых=1/0,00000045=2222222,22 2,2Мом 5.Определяем входную ёмкость: Свх=Б=0,6656пФ 6.Определяем выходную ёмкость: Свых=Ск*(1+Н)=10*(1+0,195)=11,9 5пФ 7.крутизна характеристики: S = S 0’=26 ma / B Для удобства выписываю ВЧ параметры транзистора на рабочей частоте f 465кГц в таблицу№10:
Тип транзистора Ik , ma , мксек Ск , пФ S, ma/B R вх , кОм R вых, МОм Свх, пФ Свых, пФ
ГТ309Б 1 0,00005 10 26 48 2.2 0.6656 11.95
1.2.11. Определение требуемого усиления до детектора: Определение требуемого усиления до детектора: При приёме на магнитную антенну чувствительность задаётся напряжённостью электрического поля Е в точке приёма, обеспечивающей на выходе приёмника нормальную выходную мощность.

Амплитуда напряжения на выходе первого каскада приёмника. Um вх=Е* h д* Q э* m 2,мВ, где Е - заданная напряжённость поля в точке приёма, мВ/м h д. – действующая высота магнитной антенны, м; на ДВ и СВ можно принять h д=0,02 0.04м Q э – эквивалентная добротность контура входной цепи; m 2 – коэффициент включения входа электронного прибора в контур входной цепи. m 2= ( d эпd кон)*( R вх/ max ), где max – характеристическое сопротивление контура; max =159/( fcmax [МГц]*(Скмин+Ссх) [пФ]), R вх – сорпотивление первого каскада приёмника, т.к. УРЧ отсутствует, то R вх=1/(0,8* g 11э) d эп=1/ Q эк d кон=1/ Q кон Необходимый коэффициент усиления берут с запасом из – за разброса параметров, неточной настройки контуров и т.д. Кн’=(1.4 2)*Кн Для ДВ: d эп=1/ Q эк=1/10,89=0,091 d кон=1/ Q кон=1/90=0,011 R вх=1/(0,8* g 11э) = 1/(0,8*0,001)=1250Ом=1,25кОм max =159/( fcmax [МГц]*(Скмин+Ссх) [пФ])=159/0,408*(11,9+30)=2,3 кОм m 2= ( d эпd кон)*( R вх/ max )= (0,091 -0,011)*(1,25/2,3)=0,043 Um вх=Е* h д* Q э* m 2=0,003*0,03*10,89*0,043=47,6мкВ Кн= U вх d /1.41* U вх=0,6 /1,41*0,0000476=8939раз Определяем коэффициент усиления с запасом на 40%: Кн’=1,4*8939 12520раз Для СВ: d эп=1/ Q эк=1/31,9=0,031 d кон=1/ Q кон=1/140=0,007 R вх=1/(0,8* g 11э) = 1/(0,8*0,001)=1250Ом=1,25кОм max =159/( fcmax [МГц]*(Скмин+Ссх) [пФ])=159/1,605 *(10+30)=2,47 кОм m 2= ( d эпd кон)*( R вх/ max )= (0,031-0,007)*(1,25/2,47)=0,012 Um вх=Е* h д* Q э* m 2=0,003*0,04*31,9*0,012=45,93мкВ 46мкВ Кн= U вх d /1.41* U вх=0.6 /1.41*0,000045936=9263раз Определяем коэффициент усиления с запасом на 40%: Кн.’=1.4*9263 13000раз Определение числа и типов усилительных каскадов до детектра: Так как УРЧ отсутствует, то рассчитываем коэффициент усиления Ку. Для начала выберем 2 каскада УПЧ, n пр=3; для УПЧ: Ку=6,3* S / f * Ck =6.3* 34/0.465*2,8=32,1 для ПЧ: Кпр=6,3* Sc / Fc * Ck =6.3* 26/1.605*2,8=15раз Определяю общий коэффициент усиления Кобщ Кобщ=Кпр*Купч^( n пр-1)=8*15,96^3-1=15*32,1²=15456 Так как Кобщ>Кн’ для ДВ и Для СВ то хватет 2 каскадов УПЧ Первый каскад УПЧ будет апериодический, а второй широкополосный. Выбор схемы АРУ и числа регулируемых каскадов: Выбираю схему АРУ с задержкой, работающую на принципе изменения эмиттерного тока за счёт подачи регулирующего напряжения в цепь базы транзистора.

Рассчитываем необходимые пределы изменения коэффициента усиления регулируемых каскадов по формуле: n н =Д-В, где: Д-заданное изменение сигнала на входе приёмника, дб Взаданное изменение сигнала на выходе приёмника, дб n н =25-6=19дб Считая что регулируемые каскады идентичны, определяют необходимое количество регулируемых каскадов по формуле: N АРУ = n н /20* lgn , где n -изменение коэффициента усиления одного регулируемого каскада Зададимся n =10, тогда: N АРУ =19/20* lg 10=0.95 » 1 В соответствии с рекомендациями по выбору схемы АРУ в качестве регулируемого каскада используем первый каскад УПЧ по апериодической схеме. 1.2.12.Эскизный расчёт тракта низкой частоты: Выбор типа электродинамического громкоговорителя: Исходными данными, необходимыми для выбора динамического громкоговорителя, являются: 1. номинальная выходная мощность: Рвых=0,15Вт 2. полоса воспроизводимых частот: F н=300Гц F в=3500Гц 3. неравномерность частотной характеристики: 4. среднее звуковое давление при заданной номинальной мощности: Применяемые в транзисторных переносных приёмниках электродинамические громкоговорители должны иметь маленькие размеры.

Исходя, из этих соображений я выбираю громкоговоритель типа: 0,2ГД-1, с параметрами: Таблица№11:

тип P ном, Вт Диап. F (Гц) Среднее Звуковое Давление Полное Сопротивление Звуковой катушки, Ом Габариты мм Вес, гр
F н F в н/м² бар
0,2ГД-1 0,200 300 10000 0,18 1,8 6±0,6 60*25 50
Выбор типа схемы и транзисторов для выходного каскада: В качестве оконечных каскадов усилителей низкой частоты можно использовать как однотактные, так и двухтактные схемы. Схема выходного каскада определяется назначением усилителя и требованиями, предъявляемыми, к нему. Так как у моего усилителя Рвых=0,150Вт, то я выбираю двухтактный каскад в режиме класса АВ на маломощных транзисторах. Выбор транзисторов производится, исходя из следующих соображений: 1. предельно допустимая мощность рассеяния на один транзистор Ркмакс должна превышать рассеиваемую на коллекторе мощность Рк, которую можно вычислить по формуле: Рк=0,4*Рн’/ унч * ², где Рн’=Рн/2-номинальная мощность, заданная по условию, приходящаяся на один транзистор. Рк-мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора. унч-КПД выходного каскада =1 -коэффициент использования коллекторного напряжения=0,8 0,95; выбираю 0,9 Рн’=0,150/2=0,075Вт=75мВт Рк=0,4*0,075/1*0,9²=0,037Вт 37мВт Выбираю транзистор: КТ315А, у которого Ркмакс=150мВт; Екмакс=25В 2. Проверяю выполнение условия: Ек (0,3 0,4)Екмакс 6В (0,3 0,4)*25=7,5 10 Условие выполняется, следовательно, транзистор выбран правильно. Выбор транзисторов для каскадов УННЧ: В большинстве случаев каскады УННЧ могут быть выполнены на маломощных транзисторах. При этом, если усиливаемые частоты не превышают единиц килогерц, выбор транзисторов производится по низкочастотным параметрам из следующих соображений: 1. минимальной стоимости; 2. наибольшей величины коэффициента усиления (В) в схеме с общим эмиттером.

Выбираю транзистор КТ315Б т.к. он дешевый и имеет большёй коэффициент усиления.

Таблица№12:

Тип Тракт Ikmax,ma Pkmax, mBt Uk э, В f гр h 21э
КТ315А УНЧ 100 150 25 100 20 90
КТ315Б УННЧ 100 150 20 100 50 350
1.2.13.Обоснование структурной схемы приёмника по результатам эскизного расчёта. На основании проведённого мной эскизного расчёта приёмника я составляю его блок-схему с указанием числа каскадов и особенностей каждого тракта. В этой схеме входная цепь приёмника с магнитной антенной содержит два поддиапазона: поддиапазон километровых волн (ДВ) и поддиапазон гектометровых волн (СВ). Связь контура входной цепи с транзистором преобразователя частоты трансформаторная.

Преобразователь частоты (ПЧ) собран по схеме с отдельным гетеродином.

Нагрузкой в цепи коллектора служит 4 звена ФСС ПФ1П-2, связь ФСС с выходом смесителя и входом УПЧ индуктивная.

Первый каскад УПЧ собран по апериодической схеме, второй широкополосный, одноконтурный с частичным включением контура в цепь коллектора.

Диодный детектор собран по последовательной схеме с разделённой нагрузкой. Для автоматической регулировки усиления используется схема АРУ с задержкой включенная в цепь эмиттера УПЧ собранного по апериодической схеме.

Каскад УННЧ собран по резистивной схеме с непосредственным включением нагрузки, каскад УНЧ выполнен по безтрансформаторной схеме на одиночной паре комплементарных транзисторов. REF SHAPE * MERGEFORMAT 1.3 Расчётная часть проекта: 1.3.1 Подробный расчёт каскада АД: Требования, предъявляемые к АД, сводятся к обеспечению следующих качественных показателей: · возможно большего коэффициента передачи, который определяется отношением напряжения НЧ на выходе детектора к напряжению ВЧ на его входе; · возможно меньших частотных и нелинейных искажений; · возможно большего входного напряжения; · возможно меньшего ВЧ напряжения на его выходе. Расчёт детектора сводится к выбору схемы и ее элементов так, чтобы перечисленные требования удовлетворялись наилучшим образом.

Выбираю последовательный полу проводниковый детектор с разделённой нагрузкой, так как он удовлетворяет всем моим заданным требованиям, и обеспечивает регулировку уровня сигнала. 1. Диоды рекомендуется выбирать исходя из условия: R обр>> R н>> R пр Выбираю диод Д9Б, так как у него R обр>> R пр.

Определяю сопротивление нагрузки детектора: R н=2*Кд* R вх, где Кд - коэффициент передачи детектора, так как U вх.д=0,6В, то Кд=0,2 0,4 выбираю Кд=0,4. R вхвходное сопротивление детектора 4,6кОм R н=2*Кд* R вх=2*0,4*4,6=3,68кОм. 2. Так как сопротивление нагрузки детектора одного порядка с входным сопротивлением УНЧ, величины сопротивлений R 1 и R 2 определяю по номограмме 9.18 в учебнике В.Д. Екимова.

Получаю R 2=1,6кОм.

Принимаю R 2=1.5 кОм из ряда Е6, типа СП3-10М с выключателем.

Определяю R 1= R нR 2=3,68-1,5=2,18кОм.

Принимаю R 1=2,2кОм из ряда Е6, типа МЛТ-0,25. 3. Определяю общее сопротивление нагрузки переменному току: 4. Определяю общее сопротивление нагрузки постоянному току: R н = = R 1+ R 2=2,2+1,5=3,7кОм Так как R н » / R н = =3,12/3,7=0,84>0,8 то нелинейные искажения не будут превышать нормы. 5. Определяю величину эквивалентной ёмкости, шунтирующей нагрузку детектора: 6. Определяю величину ёмкости С2, обеспечивающую фильтрацию на промежуточной частоте: Принимаю С2=6800пФ 7. Определяю величину ёмкости С1: С1 Сэ-С2=18532,81-6800=11,732,81пФ Принимаю С1=6800пФ 8. Проверяется величина эквивалентной ёмкости: Сэ’= C 1+ C 2=6800+6800=13600пФ Так как Сэ’=13600 1.3.2. Подробный расчёт каскада УННЧ: Для предварительного усиления выбираю резистивный каскад Исходные данные для расчёта:

1. Полоса усиливаемых частот F нF в=300-3500Гц
2. Коэффициент частотных искажений на нижней частоте за счёт Сс Мнс=1,5дб
3. Коэффициент частотных искажений на нижней частоте за счёт Сэ Мнэ=1,5дб
4. Коэффициент частотных искажений на верхней частоте Мв=1,5дб
5. Напряжение питания каскада Ек=6В
6. Температура окружающей среды T =0 0 С +30 0 C
7. Параметры транзистора следующего каскада I вх м сл=2мА U вх м сл=1,5В R вх Тр сл=4кОм Ксл=20 F гр мин=300кГц Ск макс=10пФ R вх об сл=50кОм R 1сл=50кОм R 2сл=10кОм
1. Определяю максимальный ток коллектора: R кор=0,4* E к/ I к 0 =0,4* E к/1,5* I вхмсл=0,4*6/1,5*0,002=800Ом I км= I вхсл+( U вхмсл/ R 2сл)+( U вхмсл/ R кор)=0,002А+0,8/10000+0,8/800= 0,002А+0,00008А+0,001А=0,00308А=3,08мА 2. Определяю Ik 0 : Ik 0 =(1,05 1,2)* Ikm =3,234мА 3,696мА, выбираю 3,5мА 3. Так как в пункте 1.2.12. я выбрал транзистор КТ315Б, то выписываю его параметры:
I к макс b макс b мин U кэмакс f гр U кэ 0 R мм Ск
100мА 350 50 30В 100МГц 15В 670 0 С/Вт 7пФ
4. Рассчитываю сопротивления R э и R к: R к=0,4*Ек/ I к 0 =0,4*6В/3,5мА=685,71Ом R э=0,2*Ек/ I к 0 =0,2*6В/3,5мА=342,85Ом Принимаю R к=1кОм по ряду Е24 типа МЛТ- 0,125 R э=360Ом по ряду Е24 типа МЛТ- 0,125 5. Рассчитываю напряжение U кэ 0 : U кэ 0 =ЕкI к 0 * R кI к 0 * R э=6В-3,5мА*1000Ом-3,5мА*360Ом=6В-3,5В-1,26В=1,24В 6. По статическим характеристикам транзистора для значений U кэ 0 и I к 0 нахожу методом треугольника:
U кэ 0 Ik 0 I б 0 U бэ 0 R вхоэ
1,24В 3,5мА 0,05мА 0,43В 40Ом
7. Определяю максимальную и минимальную температуру перехода транзистора: Тпмакс=Токрмакс + I к 0 * U кэ 0 * R мм=30 0 С+3,5мА*1,24В*670 0 С/Вт= =30 0 С+2,9 0 С=32,9 » 33 0 С Тпмин =Токрмин + I к 0 * U кэ 0 * R мм=0 0 С+3,5мА*1,24В*670 0 С/Вт= 0 0 С+2,9 0 С=2,9 » 3 0 С 8. Определяю минимальное и максимальное напряжение U бэ 0 , и максимальный ток I кн: U бэ 0 макс= U бэ 0 +0,0022*(20-Тпмин)=0,43В+0,0022*(20-3)=0,43+0,0374= =0,4674В U бэ 0 мин= U бэ 0 +0,0022*(Тпмакс-20)=0,43В+0,0022*(33-20)=0,43+0,0286= =0,4586В. Так как транзистор КТ315Б кремневый то ток I кн макс определяю по формуле: I кнмакс= I кнс*3 (Тпмакс-Тс)/10 , где I кнс= I кн макс *1,5, а Тс температура при которой указано I кн макс. I кнс= I кн макс 1,5=3,5мА*1,5=5,25мА Тс=25 0 С I кнмакс= I кнс*3 (Тпмакс-Тс)/10 =5, 25*3 (33-25)/10 =12,64мА 9. Определяю R 2: R 2=6* R вхоэ=6*8600=51600Ом Принимаю R 2=51кОм по ряду Е24 типа МЛТ-0.125 10. Принимаю падение напряжения на R ф равным 1.5 В, тогда: Ек’=ЕкUr ф=6-1,5=4,5В 11. Определяю сопротивление R 1: R 1= R 2*[ b min /( b min +1)*( Ek ’- U бэ 0 макс)- R э* I к 0 мин] / [( R э+ R 2)* I к 0 мин- - b мин/( b мин+1)*( I к 0 мин* R 2- U бэ 0 макс)] =51000*[50/(50+1)*(4.5-0.4674)- -360*0.0035]/[(360+51000)*0.0035-50/(50+1)*(0.0035*51000-0.4674)]= =51000*[0.2431-1.26]/[179.76-0.0055]=-288Ом=288Ом Принимаю R 1=270Ом по ряду Е24 типа МЛТ-0,125 Рассчитываю I к 0 макс и U кэ 0 мин, которые не должны превышать справочные значения: I к 0 макс= макс/( макс+1)*[(Ек’* R 2- U бэ 0 мин*( R 1+ R 2)+ I кнмакс* *( R э*( R 1+ R 2)+ R 1* R 2)]/[ R э*( R 1+ R 2)+ R 1* R 2/( макс+1)]=350/(350+1)*[(4.5* *51000-0.4586*(270+51000)+0,01264*(360*(270+51000)+270*51000)]/[ 360*(270+51000)+270*51000/(350+1)]=350/351*[229500-23512+ +407351,8]/[18457200+39230.7]=0,033А=33,06мА U кэ 0 мин=ЕкI к 0 макс* R к-[( max +1)*( I к 0 максI кнмакс)* R э]/ max = =6-0,033*1000-[(350+1)*(0,033-0,01264)*360]/350=6-20,2-[2572,6]/350= =6-3,3-1,98=0,72В Так как значения не превышают справочные, то транзистор выбран правильно. 12. Определяю сопротивление R к » : R дел сл= R 1сл* R 2сл/( R 1сл+ R 2сл)=50000*10000/(50000+10000)=8333,33Ом R к » = R к* R делсл* R вхТрсл/[ R к* R делсл+ R к* R вхТрсл+ R делсл* R вхТрсл]= =1000*8333,33*4000/ [1000*8333.33+1000*4000+8333.33*4000]= =729.92 Ом 13. Определяю ток входа максимальный: I вхмакс = I км/ мин=33,06мА/50=0,6612мА 14. Определяю коэффициент усиления: U вхм = U бэм = I вхмакс* R вхоэ=0,6612мА*40Ом=0,026В К= U вхмсл/ U бэм=0,8В /0,026В=30,76раз » 31раз. 15. Определяю ёмкость конденсатора Сс: R вых+ R вхсл= R к+[ R вхТрсл* R делсл/( R вхТрсл+ R делсл)]=1000+[4000*8333,33/(4000+8333,33)]=1000+2702=3702Ом Принимаю Сс=130пФ по ряду Е24 16. Определяю сопротивления R дел и R ист: Принимаю R к’=3900Ом R дел = R 1* R 2/( R 1+ R 2)=270*51000/(270+51000)=268Ом Принимаю R дел =270Ом по ряду Е24 типа МЛТ-0,125 R ист= R ’к* R дел/( R ’к+ R дел)=3900*270/(3900+270)=252,5Ом 17. Определяю величину ёмкости конденсатора Сэ шунтирующего R э: S эс = (1+ макс)/( R ист. + R вхоэ)=(1+350)/(252,5+40)=1,2 Принимаю Сэ=0,56мкФ по ряду Е24 18. Определяю ёмкость Со и частотные искажения Мв: Со=Сэдсл f грмин* R вхобсл)+Сксл*(1+Ксл)=(0,16/300000*50000)+ +0,00000001*(1+20) » 0,00000021Ф » 210пФ 1.3.3 Распределение между трактами приёмника частотных и нелинейных искажений: Частотные искажения создаются всеми каскадами приёмника. В каскадах с резонансными контурами (входная цепь, УПЧ) они могут возникать, когда резонансная характеристика контуров недостаточно широкая, за счёт чего крайние частоты спектра принимаемого сигнала будут пропускаться хуже, чем средние. Общую величину частотных искажений ВЧ части приёмника определяют из выражения: Мобщ,дб=М прес +М УПЧ +М УННЧ +М УНЧ Для ДВ: Мобщ,дб=3дб+6дб+1,5дб+1,5дб=12дб Для СВ: Мобщ,дб=2дб+6дб+1,5дб+1,5дб=11дб Проверяю выполнение условия Мобщ,дб М: Для ДВ: 12 12, Для СВ: 11 12 Условие выполняется для ДВ и для СВ, следовательно, частотные искажения приёмника не выходят за границы заданных частотных искажений.

Причиной нелинейных искажений является нелинейность характеристик усилительных приборов и диодов.

Наибольшие нелинейные искажения создаются на детекторе и УНЧ. Общую величину нелинейных искажений определяют из выражения: К г.общ =К г. d + K г.УНЧ , ориентировочная величина искажений, создаваемых детектором составляет 1-2%, а нелинейные искажения УНЧ 3-5%. К г.общ =2%+5%=7% Проверяю выполнение условия К г.общ К г , где К г - заданные нелинейные искажения по ТУ 7% 8%, условие выполняется, следовательно, нелинейные искажения приёмника не выходят за границы заданных нелинейных искажений. 1.3.4. Расчёт частотной характеристики УНЧ: Расчёт АЧХ ведётся путём подставления значений частоты в формулу нормированного коэффициента усиления Y : , где R нч = R 1 * R н / ( R 1 + R н) - сопротивление нагружающее каскад( R 1 - приведённое сопротивление одного плеча, R н - сопротивление динамика); R 1 =250* Um 2 (В)/ P (мВт), где Um -амплитуда напряжения на коллекторе. Um = *Ек 0 =2* * f -круговая (циклическая) частота. Um =0,48*6В=2,88В R 1 =250*2,88 2 /150=13,8Ом 0 =2* * f =2*3,14* f =6,28* f R нч =13,8*6/(13,8+6)=82,8/19,8=4,18Ом составляю таблицу:

Частота f , Гц Нормированный коэффициент усиления Y
300 0,9687
500 0,9871
700 0,9930
900 0,9958
1100 0,9972
1300 0,9980
1500 0,9985
1700 0,9988
1900 0,9991
2100 0,9992
2300 0,9994
2500 0,9995
2700 0,9995
2900 0,9996
3100 0,9997
3300 0,9997
3500 0,9998
По полученным данным строю частотную характеристику оконечного УНЧ 1.3.5 Переход приёмника на новую элементную базу. В настоящее время, во всем мире для уменьшения массы и габаритов для уменьшения кропотливости монтажных работ в радиоприемниках используют интегральные микросхемы (ИМС). Интегральная микросхема может содержать в себе большое количество элементов, имея в то же время довольно не большие габариты и массу.

Современные микросхемы могут содержать в себе собранные каскады радиоприемного устройства, что значительно облегчает проектирование и конструирование радиоприемного устройства.

Заменим и в рассчитанном нами радиоприемнике транзисторные каскады на микросхемы.

Заменим микросхемой К174ХА36А следующие: смеситель, гетеродин, ПЧ, УПЧ, детектор, АРУ, оконечный усилитель ЗЧ рассчитанного нами радиоприемного устройства исходя из следующих соображений.

оценка дома для наследства в Туле
кадастровая стоимость в Липецке
оценка аренды земли в Брянске