Радиовещательный приёмник ЧМ сигналов

Содержание

 

Введение..................................................................................................................2

Исходные данные................................................................................................3

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

1.1 Анализ исходных данных................................................................................ 4

1.2 Выбор типа структурной  схемы.......................................................................10

1.3 Расчет полосы пропускания  преселектора......................................................12

1.4 Расчёт числа контуров  преселектора...............................................................12

1.5 Определение избирательности  системы тракта промежуточной  частоты..12

1.6 Выбор ИМС........................................................................................................12

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ  ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПРИЁМНИКА

2.1 Расчёт входных цепей. .....................................................................................11

2.2 Расчёт УРЧ.........................................................................................................15

2.3 Расчёт цепи питания  УРЧ. ..............................................................................16

2.4. Расчёт ПЧ. .......................................................................................................19

2.5 Расчёт частотного  детектора...........................................................................21

Спецификация.........................................................................................................23

Литература.........................................................................................................27

Приложение 1. Схема электрическая  принципиальная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

 

В курсовом проекте необходимо спроектировать радиовещательный приёмник ЧМ сигналов.

Радиоприемное устройство обеспечивает воспроизведение  передаваемого сообщения при  воздействии на него радиоволн, поступающих  от радиопередающего устройства. Сообщение  воспроизводится в РПУ на основе той информации, которая заключена  в модулированном колебании, поэтому  в РПУ осуществляется преобразование принятого колебания. Современное  РПУ должно обеспечить прием нужного  сигнала на фоне колебаний от всевозможных посторонних источников.

На первом этапе проектирования необходимо произвести выбор и расчет структурной схемы, удовлетворяющей техническому заданию. Далее необходимо произвести предварительный  расчет структурной схемы, который  включает в себя следующие задачи: определение необходимых избирательных  цепей, выбор элементов настройки, выбор принципиальных схем узлов  приемника, а также выбор схем регулировок. Дальнейшая задача состоит  в электрическом расчете входных  цепей (ВЦ), усилителя радиочастоты (УРЧ), преобразователя частоты (ПЧ). Усилителя промежуточной частоты (УПЧ) и частотного детектора.

На заключительном этапе необходимо представить полную принципиальную схему приёмника  со спецификацией на рассчитанные элементы.

Исходные данные.

 

 

Диапазон  принимаемых частот fmin - fmax (МГц) = 65,8-74,0

Чувствительность РПУ Е (mВ/м) = 0,007

Избирательность по зеркальному каналу Sе.зк (дБ) = 46

Избирательность по соседнему каналу Sе.ск (дБ) = 25

Полоса  пропускания УПЧ на уровне d=6дБ 180кГц

Напряжение  источника питания Е (В)= 8

Максимальная  рабочая температура Тmax °С=50

Тип антенны  в УКВ диапазоне- диполь

Дополнительные  параметры:

Минимальная рабочая температура Тmin °С= -20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ  СХЕМЫ.

 

 

1.1 Анализ исходных  данных.

 

По курсовому  заданию необходимо разработать  радиовещательный приемник ЧМ сигналов. Анализ данных показывает, что проектированию подлежит супергетеродинный приемник с изменяемой частотой (ЧМ). Стандарты на модулированный ЧМ сигнал:

• верхняя модулирующая частота F_в=12,5 кГц
• пиковая девиация Df=75 кГц
• расстройка по соседнему каналу ±250 кГц
• отношение сигнал/шум равно 26дб
• величина неравномерности тракта преселектора d=1 дб

Параметры избирательности предполагают, что они измерены односигнальными  методами, когда уровни входных сигналов недостаточны для того, чтобы вызвать  нелинейные эффекты. Задание не включает в себя избирательность на промежуточной  частоте. В соответствии с техническими условиями на радиовещательные приемники  она должна составлять не менее 40 дБ.

1.2 Выбор типа  структурной схемы.

 

При проектировании приемников с использованием  аналоговых интегральных микросхем (АИМС) применяется  функционально-узловой метод, заключающийся  в том, что структурная схема  приемника составляется из функциональных узлов, выполняющих законченные  операции. Эти функциональные узлы реализуются типовыми конструктивно  оформленными АИМС с использованием дополнительных навесных элементов.

В настоящее  время существует несколько типов  структуры приемников, и наибольшее применение получили приемники супергетеродинного типа.

Радиотракт  супергетеродинного приемника должен содержать следующие функциональные узлы: входная цепь; усилитель радиочастоты; преобразователь частоты; усилитель  промежуточной частоты; детектор.

Входная цепь представляет собой частотно-селективную  электрическую цепь, которая служит для передачи принятого антенной сигнала на вход первого усилительного  каскада (усилителя радиочастоты) и  для обеспечения избирательности  по соседнему каналу. Для фильтрации сигнала во входную цепь включаются колебательные контуры (чаще всего  один контур), настроенные на несущую  частоту принимаемого сигнала.

Усилители радиочастоты обеспечивают усиление сигнала и  дальнейшую его фильтрацию от помех. Нагрузкой усилителя радиочастоты служат колебательные контуры, настроенные, как и входные цепи, на несущую  частоту принимаемого сигнала.

На преобразователь  частоты подается два колебания: с частотой сигнала  с выхода усилителя радиочастоты и с частотой гетеродина от местного генератора, называемого гетеродином.

Выходной  ток преобразователя частоты  содержит помимо частотной составляющей сигнала ряд комбинационных составляющих с частотами  , из которых используется только одна – промежуточная частота , чаще всего f_пр=f_г-f_c. Именно на эту частоту настроен фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ) и селективные цепи усилителя промежуточной частоты (УПЧ). Таким образом, на выходе ФСИ преобразователя частоты образуется напряжение с частотой .

При перестройке  приемника одновременно с изменением настройки резонансных цепей  входной цепи и усилителя радиочастоты (УРЧ) изменяется частота гетеродина так, что при любой частоте частота f_пр=f_г-f_c остается постоянной. При этом тракт промежуточной частоты, состоящей из ФСИ и УПЧ, не перестраивается.

При работе супергетеродинного приемника в  диапазоне частот необходимо обеспечить сопряженную перестройку селективных  цепей входной цепи, УРЧ и гетеродина. При этом входная цепь и УРЧ  по возможности должны быть настроены  на частоту принимаемого сигнала  , а настройка цепей гетеродина обеспечивает такое значение , при котором получалось бы требуемое значение f_пр=f_г-f_c. Приемники супергетеродинного типа получили широкое применение, так как обеспечивают высокую избирательность и больший коэффициент усиления по сравнению с остальными типами приемников.

 

 

 

 

Структурная схема супергетеродинного приемника  приведена на рисунке 1.1.

1.3 Расчет полосы пропускания  преселектора.

 

Полоса пропускания  преселектора определяется с учетом нестабильности частоты принимаемого сигнала, гетеродина и реальной неточности сопряжения настроек контуров преселектора и гетеродина. При бесподстроечной  настройке ширина полосы пропускания  преселектора равна:

 

  (1.1)

 

 - ширина спектра частот принимаемого сигнала

где:  - индекс ЧМ.

 

 - общий уход частоты настройки преселектора.

где:  - относительная нестабильность частоты принимаемого сигнала (по ГОСТ на радиовещательные передатчики );

 - относительная нестабильность  частоты гетеродина ( =4×10^-4);

;

 - относительная нестабильность частоты колебательных контуров;

- неточность сопряжения настроек  контуров преселектора и гетеродина

где: f_cр= = ;

 - коэффициент перекрытия рассчитываемого поддиапозона.

 

Полоса пропускания  преселектора должна быть больше полосы пропускания УПЧ, что выполняется.

 

 

1.4 Расчёт числа контуров преселектора

 

Расчёт числа  резонансных контуров и их эквивалентной  добротности Q_э производят исходя из величины заданной избирательности по зеркальному каналу Se_зк. Она должна быть обеспечена использованием одного или двух контуров в преселекторе приёмника, имеющих необходимую добротность.

Определим значение эквивалентной добротности контуров:

 

        (1.2)

где: Q_к - конструктивная добротность контура (рекомендуется 80…120);

а - коэффициент, показывающий во сколько раз уменьшается добротность контура при включении его в схему (рекомендуется 2,5…3).

 

Рассмотрим  случай возможности применения одноконтурной  входной цепи. При этом, требуемую  эквивалентную добротность контура, исходя из требования избирательности  по зеркальному каналу, рассчитаем по формуле:

 

      (1.3)

где:  - относительная растройка зеркального канала.

 

Таким образом, условие Q_э > Q_эзк не выполняется, следовательно одним контуром во входных цепях не обойтись и необходимо произвести расчёт для случая, когда преселектор состоит из двух контуров. При этом эквивалентную добротность каждого контура можно рассчитать по формуле:

 

      (1.4)

 

Итак, условие Q_э > Q_эзк выполняется, следовательно необходимо применять двухконтурную входную цепь.

После расчёта  числа контуров и их эквивалентной  добротности для обеспечения  заданной избирательности Se_зк необходимо перейти к определению эквивалентной добротности контуров Q_эп, исходя из допустимой неравномерности АЧХ в полосе пропускания преселектора:

 

    (1.5)

 

Условие Q_эп > Q_э и Q_э > Q_эзк выполняется, следовательно, преселектор будет содержать два контура, так как только при них обеспечивается заданная избирательность по зеркальному каналу.

 

 

 

 

1.5 Определение избирательности системы тракта промежуточной частоты.

 

Пьезокерамические фильтры обладают малым затуханием в полосе пропускания, их частотные  характеристики имеют крутые скаты. Однако затухание фильтров за пределами  полосы пропускания возрастает не монотонно. Вследствие этого желательно включать перед фильтром резонансный контур, который одновременно служит и трансформатором, согласующим выходное сопротивление  ПЧ со входнам сопротивлением фильтра. Согласующий контур выбирается достаточно широкополосным (ШПК), поэтому на полосу пропускания тракта промежуточной  частоты он практически не влияет. Для получения равномерной АЧХ в полосе пропускания фильтр следует тщательно согласовывать по входу и выходу.

Выбираем  пьезокерамический фильтр ПФ1П-049а, основные параметры которго приведены  в таблице 1.1.

 

Параметры ПКФ  ПФ1П-0,49а     Таблица 1.1

Средняя частота полосы пропускания, кГц	Полоса пропускания на уровне –60 дБ, кГц	селективность при расстройке, дБ, менее	Согласующие сопротивления, кОм со стороны
			источника	нагрузки
10,7	150 - 200	26	330	330

 

 

1.6 Выбор ИМС.

 

Функциональные  узлы структурной схемы РПУ определяются выбранным типовым набором ИМС. Используемые ИМС, высокой степени  интеграции, могут реализовать функции, выполняемые несколькими простыми ИМС, что упрощает конструкцию приёмника, уменьшает его габариты и массу, повышает надёжность. Выбор ИМС необходимо производить в соответствии с  их функциональным назначением, электрическими, конструктивными и эксплуатационными  характеристиками и параметрами.

Все каскады  РПУ выполняют на ИМС одной  серии. При этом облегчается “стыковка” ИМС, улучшается ремонтопригодность, повышается надёжность, упрощается электропитание и снижается себестоимость приёмника.

Проектируемый приёмник построим на ИМС серии К174. Серия состоит из ИМС, выполненных  по планарно-эпитаксиальной технологии и оформленных в прямоугольных  и пластмассовых корпусах. Приёмник выполним на трёх микросхемах К174ПС1, К174ХА6 и К174УН4.