Расчет преселектора радиоприемного устройства

 

 

 

 

 

 

Рассчитываем индуктивность катушки связи (при КСВ = 0.25):

 

Теперь рассчитаем параметры АМ-детектора. Схема амплитудного детектора, подключенного через ШПК к выходу УПЧ, изображена на рисунке 3.4.1.

 

 

 

Рисунок 2.4 – Амплитудный детектор

Выбираем высокочастотный диод КД-901с крутизной S = 3ма/В и обратным сопротивлением Rобр = 10 МОм. Определяем сопротивление нагрузки из условия отсутствия нелинейных искажений вследствие различий сопротивления нагрузки по постоянному и переменному току:

 

Из данной формулы при M = 0.8 и (входное сопротивление ИМС К174УН4) получаем расчетные выражения:

 

 

Выбираем ближайшие значения из номинального ряда:

 

Тогда сопротивление нагрузи:

 

Находим значение емкости СН из условия отсутствия нелинейных искажений вследствие инерционности нагрузки:

 

Разбиваем данную емкость на две номиналом по 3.9 нФ.

Определяем значение разделительной емкости исходя из величины частотных искажений на нижних частотах модуляции. В первом приближении:

 

Выбираем из номинального ряда значение 2 мкФ

Входное сопротивление детектора находим по формуле:

 

Находим угол отсечки детектора и коэффициент передачи:

 

 

Определим напряжение на выходе детектора при M = 0.3;:

 

 

6. Расчет цепи автоматической регулировки усиления АРУ

Для этого расчета АРУ в задании на КП приведены следующие исходные данные:

1. Чувствительность приемника ЕА = 50,3 мкВ.

2. Возможный диапазон изменения  входного сигнала UВХ =   дБ.

3. Допустимый диапазон изменения  выходного сигнала UВЫХ = дБ.

В соответствии с исходными данными не достаточно для проектируемого приемника внутренней схемы АРУ используемых ИМС. Т.к. требования по характеристикам АРУ не выполняются, то необходимо использовать дополнительные цепи регулировки усиления. Для этой цели наиболее удобным является использование дополнительной цепи АРУ с помощью режимного метода изменения коэффициента усиления, делителя включенного на входе резонансного УРЧ и обеспечивающий недостающий диапазон регулировки (рис.12).

 

 

Рис.12. Дополнительная цепь АРУ включенная на вход резонансного УРЧ.

 

 

Рис.13. Зависимость крутизны от напряжения затвор-исток.

 

Крутизна транзистора S = ∆IC/∆UЗ зависит от напряжения смещения UЗО. Подавая напряжение UP на затвор, можно изменить UЗО, и крутизну транзистора S, а значит и коэффициент усиления. При увеличении (по абсолютному значению) UP, рабочая точка сдвигается влево, крутизна падает, усиление уменьшается (рис.13а). Применение автоматического смещения за счет цепочки RИСИ уменьшает глубину регулирования, т.к. цепь RИСИ противодействует изменению режима. Поэтому в регулируемом усилителе цепь RИСИ не ставим, а исходную рабочую точку зададим, применяя делитель RЗ1RЗ2 в цепи затвора.

Зададим диапазон изменения UЗИО = 6 дБ (2 раза).

При расчёте преселектора, было установлено, что в резонансном УРЧ должно быть усиление 2,4 дБ. В УРЧ коэффициент усиления должен регулироваться от 2,4 дБ до 8,4 дБ. Заданное усиление в УРЧ обеспечим с помощью резистивного делителя: напряжение UЗИО при котором обеспечивается усиление 2,4 дБ, составляет = 0,5 В. С помощью делителя надо получить это напряжение из напряжения питания 6,3 В, то есть коэффициент передачи делителя должен быть равен 0,5/6,3 = 0,08.

Пусть RЗ1=12 кОм, тогда

 

 

Коэффициент усиления транзистора КU = SRi прямо пропорционален крутизне S. Найдем  изменение S при смещении рабочей точки UЗИО на 6 дБ.

 

 

где

ICO – ток стока при UЗИ = 0;

UОТС – напряжение отсечки;

UЗИ – напряжение затвор-исток.

Найдем диапазон выходного напряжения резонансного УРЧ:

 

 

Для расчета элементов АРУ необходимо задаться значением постоянной времени фильтра АРУ. Для радиовещательных приемников АМ сигналов принимается

 

 

Примем СФ = 10 мкФ, тогда

 

 

7. Расчет сопряжения контуров преселектора и гетеродина

 

Параметры элементов колебательного контура гетеродина при известных параметрах контура преселектора выбирают из соображений обеспечения сопряжения настроек гетеродина и преселектора с допустимой погрешностью.

Контур гетеродина перестраивается в диапазоне частот от

 

 

Контур гетеродина имеет коэффициент перекрытия по частоте

,

 

Коэффициент перекрытия по частоте контура преселектора

 

 

Отличие коэффициентов вызывает погрешность сопряжения при одноручечной настройке. Значительная погрешность сопряжения приводит к различию частот настройки преселектора и приемника в целом, в результате чего ухудшается чувствительность и избирательность приемника.

Число точек точного сопряжения определяется значением коэффициента перекрытия по частоте рассчитываемого диапазона KД, при 1.1<KД <1.7 необходимы две точки.

Для расчета контура гетеродина определяется число частот точного сопряжения. Допустимая относительная неточность сопряжения (2.31[1]):

 

Максимальная погрешность сопряжения при двух частотах точного сопряжения (2.35[1]):

 

 

Необходимое число частот точного сопряжения определяется из условия (2.33[1]):

 

Т.к. условие выполняется, то точное сопряжение осуществляется на двух частотах.

При необходимости обеспечить точное сопряжение на двух частотах диапазона, они определяются выражениями (2.37 ÷ 2.38[1]):

 

 

Для точного сопряжения контуров гетеродина и преселектора на двух частотах схема контура гетеродина должна иметь вид, приведена на рис. 14.

Рис. 14. Контур гетеродина.

 

Точное сопряжение контуров гетеродина и преселектора на двух частотах f1c и f2с, то на частоте f1с точное сопряжение обеспечивается расчетом емкости конденсатора сопряжения, включенного параллельно конденсатору настройки, а на частоте f2с – расчетом индуктивности контура гетеродина.

Для этого по формуле (2.42[1]) определяются эквивалентные емкости контура преселектора Спр1с и Спр2с на частотах точного сопряжения f1c и f2с:

 

 

где   LК ПРЕС – индуктивность контура преселектора.

Затем определяем емкость конденсатора настройки Сн1 и Сн2 на частотах f1c и f2с. Для контура преселектора без растянутой настройки емкость конденсатора настройки определяется по формуле (2.51[1]):

 

 

где   СЭ – эквивалентная емкость контура ВЦ.

Составляем систему двух уравнений:

 

где СГ1С, СГ2С– эквивалентные емкости контура гетеродина на частотах точного сопряжения f1С и f2С (2.55 [1]):

 

 

Решаем систему уравнений

 

Подставляя в формулу значения емкости конденсатора настройки для двух частот точного сопряжения, решаем систему уравнений:

 

 

 
Емкость конденсатора контура гетеродина:

 

где Су – уравнительная емкость контура преселектора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет полученных результирующих характеристик приемника

 

1. Расчет чувствительности приемника

 

При расчете приемника на входах всех ИМС обеспечены необходимые уровни входных сигналов, поэтому определяем чувствительность следующим образом.

Коэффициенты передачи тракта приемника до первой микросхемы на крайних частотах заданного поддиапазона определяются коэффициентом передачи ВЦ:

(5.1)

(5.2)

 

На тех же частотах определяется чувствительность приемника по формулам:

 

(5.3)

(5.4)

 

Чувствительность приемника по КП: ЕА = 32,6 мкВ;

Неравномерность усиления в поддиапазоне определяется по формуле:

 

(5.5)

(5.6)

 

Неравномерность усиления в пределах полосы по КП: Н = 7,1 дБ.

Полученные значения меньше указанных в задании.

 

2. Расчет избирательных свойств приемника

 

1. Расчет АЧХ звеньев радиоприемника

• На нижнем конце заданного поддиапазона строятся АЧХ преселектора, тракта ПЧ и результирующая АЧХ всего приемника (до детектора):

σ(дБ) = σпрес(дБ) + σпч(дБ).

Для преселектора, имеющего двухконтурный полосовой фильтр, σпрес определяется как:

 

где  ξ = y · Qэн ,

Y = 2∆f/fmin,

∆f = 0,2,3, … 15 кГц,

βн - параметр связи между контурами на fmin;                                                                                                            

Qэн - эквивалентная добротность на fmin, полученная в электрическом расчете.

 

Расчет АЧХ преселектора произведен табличным способом по исходным данным для всех указанных Δf, результаты сведены в таблицу 5.1.

 

• Расчет АЧХ тракта ПЧ рассчитывается следующим образом:

σпч(дБ) = σфси(дБ) + σшпк(дБ).

Частотная характеристика широкополосного контура определяется как

 

где  Qэ = 36 - эквивалентная добротность широкополосных контуров;

N = 1 - число широкополосных контуров.

 

Расчет АЧХ тракта ПЧ произведен табличным способом по исходным данным для всех указанных Δf, результаты сведены в таблицу 5.1.

 

• Расчет АЧХ ПКФ

Частотную характеристику ФСИ, если это ПКФ, можно выполнить её ориентировочный расчет. Для выбранного фильтра известны значения σ для 2-х расстроек:

σ1 = 2 дБ для ∆f1 = 0,5Ппкф = 0,5∙7,4 = 3,7 кГц,

σ2 = 6 дБ для ∆f2 = 9 кГц.

Определяют коэффициенты N и A:

 

 

 

 

Значения y1, y2, lgy1 и lgy2 рассчитывать до 6 знака после запятой, коэффициент N округлять до целого значения.

Аппроксимированная частотная характеристика ПКФ на участке от ∆f = 0,5Ппкф и далее для больших частотных расстроек может быть рассчитана по выражению

 

 

Для частотных расстроек меньших половины полосы пропускания АЧХ может быть аппроксимирована плавной кривой до 0 на центральной частоте.

Расчет АЧХ ПКФ произведен табличным способом по исходным данным для всех указанных Δf, результаты сведены в таблицу 5.1.

АЧХ тракта ПЧ определяется как:

 

 

Результирующая АЧХ всего приемника:

 

 

Таблица 5.1 – Результаты расчета АЧХ приемника

Δf, кГц	σпрес, дБ	σшпк, дБ	σпкф, дБ	σпч, дБ	σпр, дБ
0	0	0	0	0	0
2	0.046	0.228	0	0.228	0.274
3	0.103	0.502	0	0.502	0.604
4	0.18	0.864	0	0.864	1.044
5	0.277	1.299	4.518	5.817	6.094
6	0.39	1.791	15.539	17.33	17.72
7	0.517	2.326	24.847	27.173	27.69
8	0.651	2.891	32.902	35.794	36.445
9	0.787	3.477	40	43.477	44.263
10	0.916	4.074	46.343	50.417	51.333
11	1.028	4.678	52.074	56.752	57.78
12	1.111	5.283	57.302	62.584	63.695
13	1.151	5.886	62.106	67.991	69.142
14	1.133	6.484	66.549	73.033	74.166
15	1.046	7.076	70.681	77.757	78.804

 

 

 

Рис. 15.  АЧХ преселектора, тракта ПЧ и результирующая АЧХ всего приемника (до детектора).

 

2. Избирательность по соседнему каналу определяется на максимальной частоте поддиапазона (fmax):

 

Seск пч (дБ) может быть определена по результатам предыдущего расчета как σпч для ∆f = 9 кГц , Seск пч не зависит от частоты настройки приемника.

Seск прес рассчитывается по формуле (3.3[6]) для ∆f = 9 кГц и y = 2∆f / fmax.

 

 

 

3. На максимальной частоте поддиапазона определяется избирательность по зеркальному каналу (в преселекторе) по формуле (3.3[6]). Значение y следует определять по формуле

 

 

 

 

 

 

4. Принципиальная схема радиоприемного устройства

 

Принципиальная схема радиоприемника приведена на рисунке 4.1.

5. Спецификация элементов принципиальной схемы приемника

 

Обозначение	Наименование	Кол-во	Примечания
	Резисторы
R1 R6	ВС-0,125  20 кОм	2
R2 R10 R12	ВС-0,125  100 Ом	3
R3	ВС-0,125  1 кОм	1
R4	ВС-0,125  12 кОм	1
R5 R13	ВС-0,125  10 кОм	2
R7	ВС-0,125  51 кОм	1
R8	ВС-0,125  520 Ом	1
R9	ВС-0,125  220 Ом	1
R11	ВС-0,125  2 кОм	1
R14 R15	ВС-0,125  350 кОм	2
R16	ВС-0,125  56 Ом	1
R17	ВС-0,125  56 кОм	1
	Конденсаторы
С1 С4 С12	КМ-6  2200 пФ	3
С7	КМ-6  1,8 пФ	1
С8 С9 С10	КМ-6  1000 пФ	3
С11 С13 С22 С23 С30	КМ-6  0,033 пФ	5
С2 С14	КМ-6  100 пФ	2
С15	КМ-6  0,012 пФ	1
С17 С41	КМ-6  0,01 мкФ	2
С18	КМ-6  10 мкФ	1
С20	КМ-6  120 пФ	1
С21	КМ-6  3300 пФ	1
С24	КМ-6  510 пФ	1
С27	КМ-6  5600 пФ	1
С31 С33	КМ-6  0,036 пФ	2
С32 С34	КМ-6  0,018 пФ	2
С36	КМ-6  0,72 пФ	1
С38	КМ-6  15 мкФ	1
С39	КМ-6  820 пФ	1
С35	К50-35  330 мкФ/16В	1
С37 С40	К50-35  10 мкФ/10В	2
С28	К50-35  20 мкФ/10В	1
С29	К50-35  5 мкФ/10В	1
С6 С9 С16 С25	КПЕ-4  9/280 пФ	1	Счетверенный
С5 С10 С19 С26	КПК-1  10/100 пФ	4
	Транзисторы
VT1	КП303Б	1
	Диоды
VD1	2С162А	1
	Фильтр
ZQ1	ФП1П-023	1
	Микросхемы
DA1	К157ХА1	1
DA2	К157ХА2	1
DA3	К140УД8	1
	Индуктивности
L1	3,8 мкГн	1
L2 L4 L5 L7	1,6 мкГн	4
L3	780 мкГн	1
L6	48,5 мкГн	1
L8	42,5 мкГн	1
L9	114 мкГн	1
L10	255 мкГн	1
	Трансформатор
TU1	ТОТ64	1
	Батарея
GB1	+9В	1	тип «Крона»