Расчет принципиальной схемы тракта промежуточной частоты (ТПЧ) радиовещательного приемника амплитудно-модулированного сигнала диапазон

Ко ≥ Кон         (23)

В настоящее время в радиоприемных вещательных устройствах в качестве усилителей, преобразователей частоты и гетеродинов широко применяются микросхемы. В предварительном расчете можно ориентировочно принять следующие величины коэффициентов усиления:

- для входной цепи Квц = 2÷5;

- для УРЧ и ПЧ на микросхеме К237ХА1 Кпч = 150÷300;

- для УПЧ на микросхеме К237ХА2 Купч = 1200÷2500.

Получаем:

Ко = 2 ∙ 150 ∙ 1200 = 360000

Получили Ко ≥ Кон. Предварительный расчет коэффициента усиления можно считать законченным.

Выбранная структурная схема построения радиоприемника АМ сигналов приведена на рис. 1.2. Она содержит следующие функциональные блоки: входную цепь (ВЦ), на которую принимаемый сигнал поступает от внешней или внутренней (магнитной) антенны; усилитель радиочастоты (УРЧ) и преобразователь частоты (ПЧ), в состав которого входят смеситель (См) и гетеродин (Гет) (в нашем случае УРЧ и ПЧ выполнены на одной микросхеме); фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ), реализующий требуемую полосу пропускания высокочастотного тракта и избирательность по соседнему каналу; усилитель промежуточной частоты (УПЧ), осуществляющий основное усиление сигнала, и амплитудный детектор (АД) (в нашем случае УПЧ и АД выполнены на одной микросхеме); усилитель звуковой (низкой) частоты (УЗЧ); между АД и УЗЧ включен специальный каскад, согласующий выход детектора и вход отдельного УЗЧ, назовем его согласующим УЗЧ (СУЗЧ). На выходе приемника включается акустическая система (АС). В приемниках АМ сигналов обязательным является применение автоматической регулировки усиления (АРУ) для поддержания примерно постоянного уровня сигнала на выходе при его изменениях на входе. В приемнике предусматриваются ручные регулировки или органы управления (Упр) для перестройки приемника по частотному диапазону и для настройки на нужную радиостанцию, а также для изменения громкости и тембра звучания.

 

Рис. 1.2. Структурная схема приемника АМ сигналов.

 

2. Подробный расчет блоков РПУ

 

В соответствии с заданием, требуется подробно рассчитать преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и детектор.

 

2.1. Расчет преобразователя частоты

Значение промежуточной частоты fпр = 465 кГц было выбрано при расчете структурной схемы.

В АМ трактах приемников используется только верхняя настройка гетеродина, и промежуточная частота получается как fпр = fг – fс.

Преобразователи частоты могут строиться по схеме с совмещенным гетеродином на одном транзисторе, по схеме с отдельным гетеродином на двух транзисторах, а также входить в состав микросхем. Выбираем схему ПЧ с совмещенным гетеродином на микросхеме.

Задача проектирования преобразователя частоты на микросхемах сводится к построению рекомендуемой схемы включения микросхемы (показана на рис. 2.1) и соединению микросхемы с предыдущим и последующим каскадами. Для преобразователя частоты разработаны специальные микросхемы. Выбираем микросхему К237ХА1. Эта микросхема выполняет функции УРЧ, гетеродина и смесителя.

Параметры микросхемы К237ХА1 (при температуре Tокр = +25°C) [2, с.436]:

- напряжение питания – 4,0…6,4 В;

- ток потребления – 3 мА;

- коэффициент усиления в режиме  преобразования – 150…300.

Рассчитаем параметры схемы включения микросхемы.

Режекторный фильтр C1, L1 настроен на частоту гетеродина, f0 = 465 кГц.

150 пФ.

Эквивалентное сопротивление гетеродинного контура L4, C8 рекомендуется выбирать 4÷10 кОм. Выберем: C8 = 47 пФ, L4 = 2,4 мГн.

Проверим:

473 кГц.

7,15 кОм.

Рис. 2.1. Схема включения микросхемы К237ХА1 в ПЧ.

 

Нагрузка преобразователя – ФСИ, в качестве которого будем использовать пьезоэлектрический фильтр типа ПФ1П-2. Параметры фильтра:

- средняя частота полосы пропускания  – 465(+2; –1,8) кГц;

- ширина полосы на уровне 6 дБ – 8,5÷12,5 кГц;

- затухание на частоте f0±10 кГц – >40 дБ;

- вносимое затухание в полосе  пропускания – <8 дБ (что соответствует множителю >0,16);

- выходное сопротивление – 0,6 кОм;

- входное сопротивление – 1,2 кОм.

Малая критичность пьезоэлектрических фильтров к изменению нагрузочных сопротивлений позволяет подключать их к следующему каскаду непосредственно, без применения согласующего трансформатора.

 

2.2. Расчет усилителя промежуточной частоты и амплитудного детектора.

В настоящее время усилители промежуточной частоты (УПЧ) часто выполняют на микросхемах. Микросхемы обеспечивают высокий коэффициент усиления и высокую надежность работы УПЧ. В качестве усилителя промежуточной частоты будем использовать микросхему К237ХА2, включенную по стандартной схеме (рис. 2.2). Микросхема К237ХА2 представляет собой УПЧ, совмещенный с амплитудным детектором и схемой автоматической регулировки уровня (АРУ). На выходе микросхемы включен широкополосный контур для улучшения общей АЧХ. Детектор приемника АМ сигналов обычно нагружается на каскад предварительного УНЧ, имеющий, как правило, входное сопротивление от 10 до 50 кОм. Сопротивление резистора R1 подбирают в отсутствие входного сигнала таким образом, чтобы напряжение на конденсаторе C8 стало равным 0,3±0,05 В. Отметка о значении сопротивления резистора R1, делается в индивидуальном паспорте микросхемы.

Параметры микросхемы К237ХА2 (при температуре Tокр = +25°C) [2, с.436]:

- напряжение питания – 4,0…6,4 В;

- входное напряжение на частоте 465 кГц – 12…25 мкВ;

- ток потребления – 4 мА;

- входное сопротивление – 430…1000 Ом;

- коэффициент усиления УПЧ на частоте 465 кГц при Uпит = 6 В – 1200…2500.

 

Рис. 2.2. Схема включения микросхемы К237ХА2 в УПЧ.

 

 

2.3. Расчет цепи питания

В соответствии с заданием, напряжение источника питания равно 13 В. Для питания микросхем К237ХА1, К237ХА2 требуется питающее напряжение 4,0…6,4 В. Поэтому требуется выполнить цепь, преобразующую напряжение источника питания в напряжение питания микросхем. Наиболее просто выполнить такую цепь на стабилитроне (рис. 2.3). В качестве стабилитрона выберем КС156А, его параметры при температуре Tокр = +25°C [3]:

- ток стабилизации – 10 мА;

- напряжение стабилизации – 5,04…6,16 В.

Потребляемый обеими микросхемами ток равен: Iпотр = 3 + 4 = 7 мА. Тогда ток резистора:

IR = Iпотр + Iст = 7 + 10 = 17 мА.

Резистор в цепи стабилитрона:

R = UИП / IR = 13 / 0,017 = 765 Ом, принимаем R = 750 Ом.

Рис. 2.3. Цепь питания микросхем.

 

 

Заключение

 

В соответствии с заданием разработана структурная схема радиовещательного приемника амплитудно-модулированного сигнала диапазона КВ. Рассчитаны принципиальные схемы тракта промежуточной частоты на микросхемах серии К237 и пьезоэлектрическом ФСИ.

 

 

Принципиальная схема

 

 

 

Перечень элементов

 

Поз.	Обозначение	Наименование	Кол.	Примечание
D1	К237ХА1	Микросхема	1
D2	К237ХА2	Микросхема	1
Z1	ПФ1П-2	Пьезоэлектрический фильтр	1
VD1	КС156А	Стабилитрон	1
C1	К10-17 150 пФ±5%	Конденсатор	1
C2, С7, C9, C10	К10-17 33 нФ±5%	Конденсатор	4
C3, С4, С6	К10-17 2,2 нФ±5%	Конденсатор	3
C5	К10-17 1 нФ±5%	Конденсатор	1
С8	К10-17 47 пФ±5%	Конденсатор	1
С11	К50-9 1 мкФ±5%	Конденсатор	1
C12, С13	К10-17 3,3 нФ±5%	Конденсатор	2
C14	К10-17 510 пФ±5%	Конденсатор	1
С15	К50-6 20 мкФ±5%	Конденсатор	1
C16	К10-17 15 нФ±5%	Конденсатор	1
С17	К10-17 4,7 нФ±5%	Конденсатор	1
L1	780 мкГн	Индуктивность	1
L2, L3	110 мкГн	Индуктивность	2
L4	2,4 мГн	Индуктивность	1
R1	С2-33 100 Ом±5%	Резистор	1
R2	С2-33 750 Ом±5%	Резистор	1
R3	С2-33 8,2 кОм±5%,  12 кОм±5%,  18 кОм±5%,  24 кОм±5% – по 0,25	Резистор	1	Подборный
R4	С2-33 220 Ом±5%	Резистор	1
R5	С2-33 43 Ом±5%	Резистор	1
R6	С2-33 2,2 кОм±5%	Резистор	1

 

Литература

 

1. Задания на курсовой проект  и методические указания по  его выполнению по дисциплине  «Радиоприемные устройства» / Сост. О. В. Матвеева, С. П. Простов. – М. МТУСИ, 2006.

2. Интегральные микросхемы: справочник / Б. В. Тарабрин, Л. Ф. Лунин, Ю. Н. Смирнов  и др; Под ред. Б. В. Тарабрина. –  М.: Радио и связь, 1984.

3. Полупроводниковые приборы. Диоды  выпрямительные, стабилитроны, тиристоры: Справочник / А. Б. Гитцевич, А. А. Зайцев, В. В. Мокряков и др. Под ред. А. В. Голомедова. – М.: Радио и связь, 1988.

4. Проектирование радиоприемных  устройств / Под ред. А. П. Сиверса. Учебное  пособие для вузов. – М.: Сов.радио, 1976.