Приемник ЧМ сигналов

 

 

Коэффициент перекрытия поддиапазона оказался меньше 3 поэтому разбивать на поддиапазоны не нужно.

 

Рассчитаем общий коэффициент  передачи напряжения:

 

, где  = 1,75

         - сопротивление на нагрузке

         - выходная мощность на нагрузке

        – чувствительность

отсюда

 

 

Разобьём общий коэффициент  передачи напряжения по каскадам:

 

 

- коэффициент  передачи напряжения входной цепи

- коэффициент  передачи напряжения усилителя радиочастоты

- коэффициент  передачи напряжения смесителя

- коэффициент передачи напряжения полосового фильтра

- коэффициент  передачи напряжения детектора

- коэффициент  передачи напряжения усилителя низкой частоты

 

Отсюда найдём коэффициент передачи мощности усилителя промежуточной  частоты:

 

 

Оглавление

Введение 3

Задание  5

Выбор структурной схемы приемника. 6

1 Входная цепь 7

1.1 Усилитель радио частоты (высокой частоты) 7

1.2 Преобразователь частоты 8

1.3Усилитель промежуточной частоты 8

1.4 Ограничитель амплитуды 9

1.5 Частотный детектор 9

1.6 Гетеродин 9

1.7 Блок автоматической подстройки частоты 10

1.8 Усилитель промежуточной частоты 10

Определение поддиапазонов и расчет полосы пропускания линейного тракта. 12

Выбор типа, схемы и электронных приборов первых каскадов приемника для обеспечения заданной чувствительности. 13

Электрический расчет функциональных узлов схемы

Расчет входной цепи приемника 21

Расчет усилителя радиочастоты (высокой частоты) 23

Расчет гетеродина…………………………………………………………………………………….25

Заключение. 29

Список литературы 30

 

Выбор типа, схемы  и электронных приборов первых каскадов приемника для обеспечения заданной чувствительности.

 

Выбор типа и схемы преселектора определяется в первую очередь допустимым коэффициентом шума приемника Nд.

Исходя из формулы  допустимый коэффициент шума приемника определится так:

Nд<[(E²/g_вх²) – E_п²П_ш]h_д²/4kT₀П_шR_a,

где

E – напряженность поля возле  антенны,

g_{вх –} отношения сигнал/шум на входе приемника,

E_п – напряженность поля внешних помехпомех,

П_ш » 1.1 П – шумовая полоса линейного тракта,

h – действующая высота антенны,

k=1.38*10^-23 – постоянная Больцмана,

T₀=290K – стандартная температура приемника,

Ra – внутреннее сопротивление антенны (50 Ом).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя следующие данные

E=25мВ/м,

Е_п определим как корень из суммы квадратов парциальных напряженностей шумов. По рисунку 1.3 определяем, что для работы приемника при атмосферных шумах (0.3мкВ/м), в пределах промышленной зоны (50мкВ/м) и действующих космических шумах (0.1 мкВ/м), Eп составит 50мкВ/м.

П_ш = 1.1 * 37кГц=40.7 кГц (округлим до 41кГц.)

h_д=0.6*1/4lв=7.5

g_вх=g_вх/m ,

где g_вх=6 – отношение сигнал/шум на выходе приемника для нормального приема сообщений на слух.

m=3 - индекс модуляции.

В итоге - g_вх=2,

Как видно, допустимый коэффициент  шума достаточно велик, это можно  объяснить не очень жесткими требованиям по чувствительности.

На основании данных и c учетом диапазона рабочих частот, полученный коэффициент шума приемника может быть обеспечен при одном каскаде УВЧ и смесителе по схеме с общим эмиттером на транзисторах КТ633Б.

Для данного транзистора fгр>300МГц, и условия равномерности усиления в диапазоне частот будет соблюдено.

Справочные данные для транзистора:

 

fгр=480МГц,

Nт<10, тогда возьмем Nт=5

½Y₂₁½=30мА/В,

g₁₁=0.6мСм,

g₂₂=5мкСм,

g₁₂=3мкСм,

С₁₁=70пФ,

С₂₂=10пФ,

С_к=4пФ.

Рассчитаем недостающий параметр :  
½Y₁₂½=wC_к=2*p*8МГц*4пФ=0.2мСм,

Определим коэффициент шума УВЧ  и УПЧ, полагая, что он примерно равен  коэффициенту шума первого каскада  УПЧ.

Для первого каскада УВЧ с  ОЭ, а также для УПЧ

N_УРЧ=N_УПЧ=2*N_Т=2*5=10.

Для ПЧ с ОЭ

N_ПЧ=4*N_Т=20.

Определим коэффициенты передачи мощности УВЧ, УПЧ и ПЧ.

Кр_УВЧ=Кр_УПЧ=0.15 ½Y₂₁½/½Y₁₂½=0.15* 28/0.2=21

Кр_ПЧ=0.07 ½Y₂₁½/½Y₁₂½=10.5

Полагая, что в приемнике будет  использоваться одноконтурная ВЦ (такое  предположение основано на стремлении обеспечить требуемые характеристики приемника возможно более простыми средствами), и принимая коэффициент связи с антенной не более половины оптимального, по формулам таблицы 1.3  находим коэффициент передачи мощности одноконтурной ВЦ.

Кр_ВЦ=1/(1+(Ксв/Ксв.опт))= 1/(1+(0.5/1))=0.7,

где К св – коэффициент связи входного контура с антенной,

К св. отп – оптимальный коэффициент связи.

Коэффициент шума входной цепи

N_ВЦ=1/Кр_ВЦ=1/0.7=1.43.

 

Полученные результаты используем для расчета коэффициента шума приемника  по формуле .

=

 

 

 

Полагая, что коэффициент шума усилителя  первой промежуточной частоты (УПЧ1) примерно равен коэффициенту шума его первого каскада, определяем коэффициенты шума УРЧ, первого смесителя и УПЧ1 

,

Вычисляем коэффициенты передачи мощности УРЧ, первого смесителя и УПЧ 1:

Полагая далее, что в приемнике будет  использоваться одноконтурная входная  цепь (такое предположение основано на стремлении обеспечить требуемые  характеристики приемника возможно более простыми средствами), и принимая коэффициент связи с алтейной не более половины оптимального, по формулам находим коэффициент передачи мощности входной цепи:

- коэффициент связи    входного   контура с антенной;

- оптимальный коэффициент связи.

 

Коэффициент шума входной цепи:

Полученные  результаты используем для расчета  коэффициента шума приемника по  формуле :

 

                17,11

 

 

 

Расчёт входной  цепи приёмника

 

В данной схеме  приёмника применена входная  цепь с ёмкостной связью антенной.

 

 

 

 

 

 

 

Схема контура  входной цепи.

Исходные данные:

-диапазон рабочих частот fmin fmax=470 486 МГц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор схемы усилителя высокой частоты

 

Наиболее  распространённой схемой в транзисторных  приёмниках оказалась схема с  двойной автотрансформаторной связью. Коэффициенты m1 и m2 целесообразно выбирать так, чтобы на нижней частоте диапазона обеспечить заданную полосу пропускания, а на верхней избирательность. Относительная расстройка  контура входной и выходной ёмкости транзисторов практически не зависит от величины коэффициентов включения m1 и m2.При увеличении связи контура с транзистором вносимая расстройка компенсируется расширением полосы пропускания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор схемы усилителя промежуточной  частоты

 

УПЧ используется для усиления промежуточной  частоты сигнала. Фильтр сосредоточенной  селекции должен обеспечить избирательность  приёмного устройства по соседнему  каналу, а необходимое усиление обеспечивается предыдущим широкополосным каскадом приёмника.

Применение ФСС в транзисторных  приёмниках позволяет выполнить  каскад УПЧ без нейтрализации, что  повышает их устойчивость и надежность, а также значительно упрощает производство.

  Схема усилителя промежуточной частоты имеет вид:

 

 

 

 

 

 

Выбор схемы частотного детектора

 

При выборе детектора следует учитывать  род работы, вид модуляции, преимущества и недостатки различных схем, а  также необходимо минимальное напряжение на его входе для работы с минимальными искажениями. В приёмниках радиосвязи и радиовещания чаще всего применяют  детекторы на полупроводниковых  диодах. При частотной модуляции  применяются частотные детекторы, среди которых различают детекторы  с взаимно расстроенными контурами, дифференциальные детекторы, с индуктивной  либо ёмкостной связью между контурами, а также дробные детекторы.

 

 

 

 

 

 

Электрический расчет функциональных узлов схемы

Расчет входной цепи приемника

 

В данной схеме  приёмника применена входная  цепь с ёмкостной связью антенной.

Рисунок 8. Схема контура входной цепи.

 

 

Исходные данные:

-диапозон рабочих частот fmin fmax=470 486 МГц

-пределы изменения ёмкости контура  Сmin Cmax=(5 25) пФ

-параметры антенны Са=150пФ, rа=75 Ом

-промежуточная частота  fпр=10,7 Мгц

-дополнительная  ёмкость Сдоп=10пФ

           Выбираем  максимальную ёмкость связи:

 

 

 

 

 

          Полная ёмкость входного контура для трёх точек диапазона:

  - начало  диапазона: 

 

  - середина диапазона:

 

- конец диапазона:

         Коэффициент перекрытия по диапазону:                                                                                                       

 

что соответствует  диапазону.

       Индуктивность катушки контура:

  

        Сопротивление потерь контура:

  

        Коэффициент передачи в трёх точках диапазона:

  - по минимальной частоте:

 

  - на средней частоте:

  - на максимальной частоте:

 

      Коэффициент неравномерности  передачи напряжения:

 

 

     Таким образом проведённый расчёт оказался верным и окончательно примем:

  - ёмкость связи: Ссвмах=22 пФ

    - индуктивность: L=432 нГн

 

 

 Расчет усилителя радиочастоты (высокой частоты)

 

Производим  расчёт схемы  усилителя радиочастоты представленном на рисунке 3.

Исходные  данные:

-диапозон рабочих частот fmin fmax=470 486МГц

-пределы  изменения ёмкости контура Сmin Cmax=(5 25) пФ

Qэmax=12; Qэmin=14; Qк=24;

S=280мА/В; Rвх=380Ом; Rвых=2,2кОм; Jк=30мА; Ск=12пФ

Максимально устойчивый коэффициент усиления:

Ку=       

Характеристическое  сопротивление контура на крайних  частотах диапозона:

    

       

 

Зададимся величиной  напряжения:

Определим сопротивление  термокомпенсации:

   

 где V=4   -коэффициент нестабильности схемы:

     

Емкость в  цепи эмитерра:

     

 

Рассчитаем  входное сопротивление каскада:

      

R’вх=86 Ом

Разделительная  ёмкость:

     

   

Индуктивность контура:

Выбираем  , тогда определяется как:

  

Т.о. получим:      

         

 

Расчет Гетеродина

Схему гетеродина выбирают исходя из заданного диапазона  частот  .

В гетеродине тип связи транзистора выбирается по предельной частоте:

 

В этих схемах используются сравнительно высокочастотные (как правило дрейфовые) маломощные транзисторы типа П401, П402, П403, ГТ301, ГТ3-8, ГТ309.

Расчёт контура гетеродина

Конденсатор переменной ёмкости С_К берут в контуре гетеродина таким же, как и в контуре УРЧ для того, чтобы при одинаковом изменении ёмкости конденсатора настройки в контуре гетеродина и контурах высокой частоты обеспечить с достаточной точностью постоянство промежуточной частоты.

Рисунок 9. Схема гетеродина.

 

Для этого  включают в контур конденсаторы С_пар и С_пос.

1.Ёмкость  схемы принимают такой же, как  для контуров ВЧ.

пФ

2.Средняя  частота диапазона:

МГц

Коэффициент перекрытия диапазона:

Максимальная  ёмкость контура:

 пФ

Вспомогательные коэффициенты:

 

При находим коэффициент и определяем индуктивность катушки контура:

мкГн

По номограмме рисунок 50, а, б , при и пФ определяем пФ, пФ, т.к. пФ, то его не включают . В качестве пФ берут подстроенный конденсатор.

По номограмме рисунок 51, а  при , находим коэффициент К^’ = = 1,01, с помощью которого определяем частотные сопряжения:

МГц;

МГц;

МГц

По номограмме рисунок 51, б  при и находим относительную погрешность сопряжения   определяем абсолютную