Устройства приема и обработки сигналов

- 500 кГц в приемниках ОМ сигналов (диапазон КВ).

В данном случае для нашего приёмника  значение f_ПЧ=465 кГц.

 

 3.2. Выбор системы тракта ПЧ и преселектора.

Основную роль в формировании резонансной  характеристики приемника и обеспечении требований ТЗ по ослаблению соседнего канала играет тракт промежуточной частоты. Полоса пропускания приемника (ΔF_ПР) приблизительно равна полосе пропускания тракта ПЧ. Исключение составляют приемники ДВ и СВ диапазонов, где полоса пропускания приемника оказывается более узкой, чем полоса пропускания тракта ПЧ.Значение ΔF_ПР определяют следующим образом:

ΔF_ПР = ΔF_С + 2 (Δf_ПЕР + Δf_ПР ),

где ΔF_С - полоса частот принимаемого сигнала; Δf_ПЕР и Δf_ПР - нестабильности частот передатчика и приемника.

Для АМ сигнала: ΔF_С = 2 F_В ;

ΔF_С = 2 F_В = 2*4 = 8 кГц

3.3. Определение числа и типа избирательных систем преселектора

Число избирательных систем преселектора в каждом диапазоне определяют исходя из заданного ослабления зеркального  канала (σ_ЗК), которое должно обеспечиваться на максимальной частоте диапазона (f₀ = f_МАКС), т.е. в “худшей точке”.

Задаемся значением конструктивной (максимальной реализуемой на данной частоте) добротности контура преселектора Q_К.

 

 

Ориентировочные значения Q_К следующие:

в диапазоне

ДВ - от 40 до 60,

СВ - от 50 до 80,

КВ - от 80 до 180,

УКВ - от 60 до 120.

 

Выбираем значение Q_К = 100 для приёмников СВ.

Оцениваем значения добротности эквивалентного контура Q_КЭ = (0.6...0.8)Q_К и его полосы пропускания DF_КЭ = f₀ / Q_КЭ.

 

Q_КЭ = (0.6...0.8)Q_К =0,7*100 = 70

 

DF_КЭ = f₀ / Q_КЭ = 1605/70 = 22,9

 

Рассчитываем  крутизну характеристики избирательности  преселектора (в децибелах на декаду), при которой будет обеспечено выполнение требований ТЗ по ослаблению зеркального канала:

,

где 3 дБ - ослабление на границах полосы пропускания.

 

γпрес = (40-3)/ (3,27-1,36) = 19,37

 

Рассчитываем число колебательных  контуров преселектора

 

m_ПРЕС = round ( g_ПРЕС / 20) ,

где round означает округление аргумента до ближайшего целого, превышающего аргумент; 20 дБ/дек - крутизна характеристики избирательности  одного колебательного контура за пределами  полосы пропускания.

 

m_ПРЕС = round ( g_ПРЕС / 20) = 19,37 / 20 = 1,709 = 1

 

При m_ПРЕС = 2 в преселекторе целесообразно использовать одноконтурное входное устройство и резонансный УРЧ, который помимо дополнительного ослабления помех обеспечивает снижение коэффициента шума приемника.

 

Приняв  решение о числе колебательных  контуров преселектора и значении их добротности, проверяем выполнение требования ТЗ по ослаблению помехи с частотой, равной промежуточной (s_ПЧ), на частоте диапазона (f₀), ближайшей к f_ПЧ :

 

s_ПЧ = m_{ПРЕС *} 10 _* lg (1 + x_ПЧ² ),

 

где x_ПЧ = Q_КЭ ( f_ПЧ / f₀ - f₀ / f_ПЧ ).

 

x_ПЧ = Q_КЭ ( f_ПЧ / f₀ - f₀ / f_ПЧ )= 35 (465/1605 – 1605/465) = 70 (0,29 – 3,45) = - 221,2

s_ПЧ = m_{ПРЕС *} 10 _* lg (1 + x_ПЧ² )= 1*10* lg (1+12232,36) = 10 lg(12233,36)=10*4,68=46,8

 

Выяснили, что ТЗ выполняется.

 

3.4. Выбор блока переменных конденсаторов

 

Для настройки транзисторных радиоприемников  на волну принимаемой радиостанции применяются односекционные и двухсекционные блоки конденсаторов переменной емкости (КПЕ) с воздушным и с твердым диэлектриком. В качестве диэлектрика используется пленка из фторопласта или полиэтилена. У большинства блоков КПЕ с твердым диэлектриком на крышке блока установлены четыре подстроечных конденсатора емкостью от 2—3 до 10—12 пф, которые используются в контурах входной цепи и гетеродина диапазонов дв и св.

Некоторые из блоков КПЕ имеют встроенные в корпус шариковые верньеры, которые обеспечивают замедление вращения оси роторов в 2,5—3 раза относительно секции пластин ротора. Первоначально блок переменных конденсаторов выбирают по справочникам радиодеталей, выпускаемых промышленностью, а также по данным, приведенным в описаниях промышленных и любительских радиоприемников. Для предварительной ориентировки при выборе блока переменных конденсаторов его крайние емкости следует брать в пределах, указанных в таблице1. При этом рекомендуется за исходную брать минимальную частоту диапазона или самого низкочастного поддиапазона.

Таблица 1.

 

КПЕ с воздушным диэлектриком имеют  лучшую температурную стабильность,

КПЕ с твердым диэлектриком обладают меньшими габаритами и лучшей устойчивостью к механическим воздействиям.

 

 

Рисунок 2.

На рисунке 2 представлена электрическая  схема входного емкостного контура, отвечающего за настройку радиоприёмника на определённую частоту, так называемый «блок конденсаторов».

 

 

 

 

 

Расчёт блока конденсаторов начинается с расчёта крайних частот поддиапазонов с запасом.

 

F’max = 1.02* Fmax = 1.02*1605 = 1640 кГц

F’min = 0.98* Fmin = 0.98*520 = 509.6 кГц

 

Коэффициенты перекрытия поддиапазонов:

 

К’пд = F’max/F’min = 1640 / 509,6 = 3,22

 

Эквивалентная ёмкость схемы при использовании конденсатора КПТМ-4(данные взяты из таблицы 2):

 

Смах = 260 пф ; Сmin = 5 пф ;

 

Сэ = (Смах- К’пд ² * Сmin) / (К’пд ² -1) = (260 – 3,22 ² * 5) / (3,22 ² – 1) =

= (260-10,37*5) / (10,37 – 1) = 208 / 9,37 = 22,2 пф

Так как Сэ>0, определяем действительную ёмкость схемы для контура входной цепи:

С сх = См + СL

где См – ёмкость монтажа;

       СL – собственная ёмкость катушки контура, данные берутся согласно таблице 3;

ОРИЕНТИРОВАЧНЫЕ ЁМКОСТИ МОНТАЖА  И КАТУШЕК

Диапазон	Ёмкость монтажа См, пф	Ёмкость катушки СL, пф
Длинные волны (ДВ)	5 – 20	15 – 20
Средние волны (СВ)	5 – 20	5 – 15
Короткие волны (КВ)	8 – 10	4 – 10
Ультракороткие волны (УКВ)	5 – 6	1 – 4

Таблица 2.

С сх = См + СL = 10 + 5 = 15 пф

Дополнительная ёмкость:

Сдоб = С э – С сх = 22,2 – 15 = 7,2 пф.

Так как Сдоб > 0, то блок конденсаторов выбран правильно.

Эквивалентная ёмкость контура  входной цепи в диапазоне СВ:

 С‘э = (Сmin + С э) … (Смах + С э) = (5 + 22,2) … (260 + 22,2) = 27 … 282 пф.

При механической настройке блоком КПЕ каждая из секций блока подключается к своему контуру (входного устройства, УРЧ, гетеродина). При повороте ротора конденсатора изменение емкости происходит одновременно во всех контурах. Для обеспечения минимальной погрешности сопряжения настроек контуров преселектора и гетеродина в контур гетеродина включены специальные конденсаторы сопряжения (рис.2).

 

 

3.5. Выбор детектора сигнала

 

В качестве детектора АМ сигнала  предпочтительно использовать последовательную схему диодного детектора, но так как элементная база промышленности всё больше и больше выпускается во много функциональных микросхемах, то можно использовать в качестве детектора микросхему. Детектор однополосного сигнала можно выполнить с использованием аналогового перемножителя на микросхеме К174ПС1 на один вход которого подается детектируемый сигнал, а на второй - опорное колебание частоты несущей от специального генератора. В схеме опорного генератора рекомендуется использовать кварцевый резонатор. Выполнить генератор можно либо на отдельном транзисторе, либо на микросхеме К174ПС1. Напряжение сигнала на входе такого детектора должно составлять U_{ВХ Д} = 10...20 мВ.

Рисунок 3.

напряжение питания	UП = 9 + 0.9 В;
потребляемый ток	I < 2.5 мА;
входная емкость	CВХ = 20 пФ;
проходная емкость	CПРОХ = 0.02 пФ;
минимальный коэффициент  шума	KШ МИН < 7дБ;
оптимальная по шумам  проводимость генератора	gГ ОПТ = 1 мСм;

 

 

3.6. Выбор активных приборов ВЧ тракта и распределение усиления по каскадам

 

Определение требуемого усиления ВЧ тракта:

Исходными величинами для расчета  требуемого коэффициента усиления ВЧ тракта являются заданное в ТЗ значение чувствительности по полю E_А [мкВ/м] и выбранное напряжение на входе детектора U_{ВХ Д}. С учетом производственного разброса параметров и старения элементов необходимо рассчитать

U_А0 = E_{А0 *} h_ДА ,

где h_ДА - действующая высота антенны. Для обычно используемых ферритовых антенн h_ДА в диапазоне СВ - 5...15 мм. Действующая высота штыревой антенны приблизительно равна половине ее геометрической длины.

U_А0 = E_{А0 *} h_ДА = 0,3 *0,01 = 0,003 мВ = 3 мкВ

С учетом производственного разброса параметров и старения элементов  необходимо обеспечить

K_{0 ТРЕБ} > (2...3) U_{ВХ Д} / U_А0 .

Т.е. K_{0 ТРЕБ} > 2,5 * 0,8 / 3*10 ^-6

 

Каскады ВЧ тракта (ВхУ, УРЧ, ПрЧ, ФСИ, УПЧ) должны в совокупности обеспечить усиление не менее K_{0 ТРЕБ}, то есть необходимо иметь:

 

K_{0 вх *} K_{0 урч *} K_{0 пр *} K_{0 ф *} K_{0 упч} ≥ K_{0 треб} .

 

 

 

3.7. Оценка коэффициента передачи входного устройства

 

Значение K_{0 ВХ} существенно зависит от типа первого активного прибора (АП1). При использовании биполярного транзистора колебательный контур входного устройства подключается ко входу транзистора частично с коэффициентом включения приблизительно 0.1...0.3. Ориентировочные значения K_{0 ВХ} при использовании в качестве АП1 биполярного транзистора приведены в табл.4. 

 

Диап.	ДВ (магн. ант.)	СВ (магн. ант.)	ДВ (внешн. ант.)	СВ (внешн. ант.)	УКВ
K0 ВХ	1.5...2.5	3.0...5.0	0.06...0.08	0.07...0.3	1.0...2.0

 

Таблица 4.

К затвору полевого транзистора  контур входного устройства, как правило, может быть подключен полностью, поэтому K_{0 ВХ} будет в несколько раз больше.

Примем значения K_{0 ВХ} согласно таблице равным 5.

K_{0 ВХ} = 5.

 

3.8. Определение типа, параметров и числа избирательных

систем, настроенных на промежуточную частоту.

 

Одной из особенностей современных  транзисторных приёмников является широкое применение в них пьезокерамических  фильтров сосредоточенной селекции (ФСС). Они обеспечивают высокую избирательность  по соседнему каналу, имеют небольшие размеры, малый вес и постоянство частоты настройки. Для нормальной работы ФСС необходимо согласовывать с выходом ПЧ и входом УПЧ.

 

Ослабление на краях полосы пропускания  σпу

 σпу = σп – σп мах = 10 - 2 = 8 дБ

где σп – ослабление на краях полосы ВЧ тракта приёмника (= 10 дБ); σп мах – ослабление на краях полосы пропускания тракта радиочастоты (= 2 дБ).

 

Избирательность по соседнему каналу тракта УПЧ  σсу

σсу = σс – σс мin = 80 - 0 = 80 дБ

где σс – избирательность по соседнему каналу (= 80 дБ); σс мin – избирательность по соседнему каналу тракта радиочастоты (= 0 дБ)

 

Выбираем ФСС электромеханического типа ЭМФП-5-465-9 со следующими параметрами:

f0 = 465 кГц;

П = 8,4 …9,6 кГц;

σфс = 34 дБ; 

σфп = 4 дБ;

σф0 = 7 дБ;

номинальные значения нагрузочных сопротивлений

Rвх = 1 кОм; Rвых = 10 кОм;

номинальные ёмкости на входе и  выходе

Свх = 300 пф; С вых = 2200 пф;

 

Рисунок 4

Для согласования УПЧ с детектором применим широкополосный контур nпр = 1. Параметры контура:

σпш = σпу – σфп = 8 – 4 = 4 дБ

σсш = σсу – σфс = 80 – 34 = 38 дБ

 

αп = 0,8 – расчётный коэффициент;

Определим ширину расчётной полосы ФСС:

Пр = П / αп = 8 / 0,8 = 10 кГц

Определим необходимую добротность  контуров:

Определим величину относительной  расстройки для соседнего канала:

а) на краях полосы пропускания

αn = П/Пр = 8/10 = 0,8

 

б) для соседнего канала

αс = (2*Δfс)/Пр = 20/10 = 2

 

Определяем величину обобщённого  затухания:

σп1 = 1 дБ

σс1 = 12 дБ

 

Число звеньев ФСС необходимый  для обеспечения избирательности по соседнему каналу.

n_и = σфс/σс1 = 34 / 12 = 2,8 = 3

 

Определяем число звеньев ФСС  обеспечивающее заданное ослабление на краях полосы:

n_п = σфп/σп1 = 4 / 1 = 4

 

n_ф = n_и = 3

Определяем ослабление на краях  полосы пропускания УПЧ:

σпш = n_ф* n_п1 = 3*1= 3дБ

 

Избирательность по соседнему каналу

σс = n_ф* σс1 = 3*12= 36дБ

 

3.9. Выбор активного прибора УРЧ и оценка коэффициента передачи УРЧ

 

Каскады УРЧ выполняют, как правило, на дискретных транзисторах. В УРЧ  находят применение как биполярные (БТ), так и полевые (ПТ) транзисторы. Биполярные транзисторы обладают большей проводимостью прямой передачи (y₂₁) и работают при небольшом потребляемом токе (1...2 мА).

Полевые транзисторы работают при  токе 5...10 мА и имеют небольшие  значения y21. Высокое входное сопротивление ПТ позволяет сильнее связывать его с контуром ВхУ, получая при этом большие значения K0 вх.