Прием и обработка сигналов

 

Т.к. , то м

Коэффициент передачи ВЦ и УРЧ (радиотракта):

В начале диапазона:

 

В конце диапазона:

 

Чувствительность приёмника в задании E=0,1мВ/м, поэтому напряжения на входе преобразователя частоты в конце и начале диапазона вычисляю по следующим формулам:

 

 

 

6. Выбор числа каскадов УПЧ:

Построение детектора выполняю на полупроводниковом диоде по последовательной схеме. При предварительных расчетах на черновике его минимальное входное напряжение на переходе составило , что соответствует действительности, т.к. примерно 0,4В – 0,6В падают на переходе полупроводниковых диодов различных типов.

Исходя из известных напряжений на входе ПЧ и детектора, можно определить усиление тракта промежуточной частоты:

, где  - запас усиления.

Из формулы видно, что наибольший коэффициент усиления при меньшем , подставляя это значение в формулу нахожу необходимый коэффициент усиления тракта ПЧ:

 

Меньший коэффициент усиления по той же формуле равен 2909

В тракте промежуточной частоты буду использовать транзисторы ГТ308В, устойчивый коэффициент которых при коллекторном токе 0,5мА (следовательно ; ; ):

 

Тогда число необходимых каскадов в тракте ПЧ определяю по следующей формуле:

 

 
- проводимости  прямой передачи транзисторов  преобразователя частоты и  каскадов  УПЧ.

q=0,33 – коэффициент ослабления сигнала ФСС на средней частоте.

p=1 – количество используемых в тракте промежуточной частоты ФСС (использую один ФСС в преобразователе частоты).

 
  - берётся для транзистора преобразователя частоты на максимальной рабочей частоте приёмника.

 

Таким образом необходимо два УПЧ. Первый УПЧ будет иметь селективную систему для необходимого ослабления соседнего канала, т.к. ФСС выполняет эту роль не полностью. Второй УПЧ будет резистивным и нагрузкой его будут два детектора (детектор АРУ и детектор сигнала).

 

 

 

7. Проверка осуществимости регулировок усиления:

По заданным параметрам курсового проекта , известно что :

1)допустимое изменение выходного напряжения:

;  или B=3,98

2)опустимое изменение входного напряжения:

;  или D=317,78

Глубина регулирования усиления одного каскада в тракте ПЧ определяется:

 

Число регулируемых каскадов:

 

Таким образом в качестве регулируемых каскадов выбираю УПЧ1, УПЧ2 и УРЧ.

 

 

8. Структурная схема приёмника:

Исходя из данных предварительного расчета структурная схема будет иметь вид:

Рис.3 Структурная схема приёмника.

Детектор АРУ считается расположенным вместе с Д в одном блоке с детектором полезного сигнала.

 

 

4. Расчет принципиальных схем функциональных узлов приёмника

1.Расчет ВЦ:

Число витков:

 

В этой формуле: ;  ; ;

Подставив эти значения в выражение для w получаю следующее выражение для w:

  ,   для решения этого выражения находим необходимые параметры:

Все параметры магнитной антенны наглядно изображены на рис. 4.

В качестве С2 выбираю КП4-3А с твёрдым диэлектриком и , , тогда суммарная емкость контура антенны:

, что вполне  допустимо.

Эквивалентная максимальная ёмкость контура:

 

Индуктивность контура:

 

Т.к. , то подставляя в это выражение L1 и w записываю следующее выражение для нахождения действующей высоты:

 

Выбираю сердечник с , , тогда . По рис. 5 , а по рис. 6   b=4,7 . Тогда выражение для , с учетом , примет вид:

 

 

Т.к. в ходе предварительного расчета было выяснено, что , тогда:

 

Из предыдущей формулы получаю .

Чиcло витков в L1:

 

Для проверки точности значения вычисляю :

 

Полученное значение с высокой точность соответствует величине, полученной в предварительном расчете. Поэтому выбираю длину стержня равной 360мм.

Индуктивность катушки связи L2:

 

Число витков в катушке связи L2:

 

 

 

Коэффициент  включения УРЧ в ВЦ (k=0,6 – коэффициент связи между катушками):

 

Средняя ёмкость подстроечного конденсатора:

 

, - выходная ёмкость антенной цепи и входная ёмкость первого каскада (т.е. УРЧ). Для моей схемы с магнитной антенной следует считать . Полагаю ёмкость монтажа равной , а начальную ёмкость контура . Тогда . Тогда подстроечная ёмкость:

пФ

В качестве выбираю конденсатор КПК-2 ёмкостью 25пФ – 150пФ со средней ёмкостью 62,5пФ.

Эквивалентное затухание для конца диапазона:

 

Коэффициенты передачи ВЦ в начале диапазона:

6,77

 

 

Коэффициенты передачи ВЦ в конце диапазона:

 

Полоса пропускания ВЦ в начале и конце диапазона:

 

 

Чувствительность входной цепи (произвожу расчеты только для начала диапазона, т.к. на других частотах она будет практически постоянной из-за смены параметров перестраиваемых элементов контура):

;  ; ;

 – активное сопротивление контура ВЦ на резонансной частоте.

 

Отношение с/ш считаю стандартным и равным 10, тогда амплитуда напряжения, наводимая сигналом в контуре будет равна . Следовательно чувствительность ВЦ:

 

Буду считать чувствительность приближенно равной 1мВ/м, что меньше данного в задании, а следовательно обеспечивает лучшие характеристики, поэтому может быть принята.

Т.к. наведённая ЭДС в антенне , следовательно эту ЭДС можно считать входным сигналом ВЦ. Тогда, зная коэффициент передачи в начале и в конце диапазона можно вычислить амплитуду сигнала на входе УРЧ в начале и конце диапазона:

 

 

 

2.Расчет УРЧ:

УРЧ строю на ГТ308В со следующими параметрами:

; ; ; ; ;; ; ; ; Все параметры действительны для частоты до 4,5МГц.

; ; ; Емкости от тока коллектора зависят не сильно и в данном диапазоне можно считать их постоянными.

Задаю ток коллектора в точке покоя равным 2,5мА для УРЧ. В качестве нагрузки УРЧ принимаю такой же колебательный контур как и в ВЦ c минимальной полосой пропускания 9,5кГц. С9=С2, С8=С1, L4=L1. Сердечник с такими же параметрами проницаемости.

Следующим каскадом является преобразователь на том же транзисторе при .

В предварительном расчете было подсчитано, что

;  ;

Для начала поддиапазона:

И собственная резонансная активная проводимость контура:  

Для нахождения коэффициентов включения необходимо найти:

 

 

Коэффициенты включения:

 

 

 - входная проводимость преобразователя частоты.

Первая пара:

 

 

Принимаю .

 

Вторая пара:

 

 

 

Принимаю вторую пару равной .

Выбираю вторую пару коэффициентов для расчета.

Проверка осуществимости эквивалентной ёмкости контура ():

 

 – практически  соответствует полученному для  ВЦ, поэтому выбираю такую же  подстроечную ёмкость.

Коэффициент передачи для начала диапазона:

 

Эквивалентное затухание:

 

Коэффициент усиления и эквивалентная добротность примерно соответствуют полученным в ходе предварительных расчетов и могут быть приняты.

Расчет УРЧ по постоянному току:

Исходные данные: .

 

 

 

Выбираю в качестве R3 резистор сопротивлением 390 Ом.

 

 

 

Выбираю R2=2кОм.

 

Выбираю R1=14кОм.

 

Выбираю С6=0,33мкФ.

 

Выбираю С7=47мкФ.

 

Выбираю С3=0,1мкФ.

 

 

 

 

 

2Расчет преобразователя частоты:

Параметры преобразователя и гетеродина:

Номинальное напряжение питания: 12В

Минимальное напряжение питания:

Настройка гетеродина: верхняя

По рис. 7а нахожу параметр , а по рис. 7б осуществимую погрешность сопряжения .

При двух одиночных контурах (по одному в ВЦ и УРЧ) .

Максимальная допустимая погрешность сопряжения настройки:

, что больше осуществимой  погрешности , следовательно погрешность сопряжения будет меньше допустимой.

Частоты точного сопряжения:

 

 

 

По номограмме Рис. 8 нахожу С13=120пФ.

По номограмме Рис. 9 нахожу .

 

Выбираю С15=100пФ.

Индуктивность контурной катушки:

 

Активная проводимость гетеродинного контура на резонансной нижней частоте:

 

 

В качестве VT2 и VT3 использую транзисторы ГТ308В.

Принимаю начальный ток коллектора транзистора гетеродина  VT3 равным 1мА.

 Записываю основные характеристики транзистора ГТ308В для частоты 1МГц и тока коллектора 1мА:

; ; ; ; ;; ; ; ;

Расчёт режима работы гетеродина:

Принимаю для VT2 и VT3 и буду полагать проводимость прямой передачи VT3: .

Коэффициент включения базы VT2 к гетеродинному контуру:

 

Напряжение отсечки ГТ308В , при этом

Средняя частота гетеродина:

МГц

Фазовый угол проводимости прямой передачи:

 

Напряжение в исходной рабочей точке м/у  Б и Э:

 

Принимаю стабилизированное напряжение , а .

Выбираю R10=470 Ом, тогда

 

Ёмкость конденсатора фильтра:

 

Выбираю С19=0,068мкФ.

Ток делителя: .

 

 

 

Выбираю R13=510 Ом.

 

Выбираю С12=0,068мкФ.

 

Выбираю R12=1,8кОм.

 

Выбираю R11=7,5кОм.

Коэффициент нестабильности тока коллектора:

 

Т.к. коэффициент нестабильности не больше 5, то это значение вполне приемлемо.

 

Выбираю С20=0,018мкФ.

Индуктивность катушки связи:

 

Буду считать амплитуду на выходе гетеродина , тогда коэффициент связи м/у катушками:

 

k выполним в многослойных катушках, применяемых в данном диапазоне.

Режим работы преобразователя выбираю таким же как и у гетеродина, тогда:

R13=R8=510 Ом

R12=R7=1,8кОм

R11=R6=7,5кОм

R9=R10=470 Ом

Но минимальная частота в данном случае будет меньше в раза. Во столько же раз должны быть больше ёмкости следующих конденсаторов, чем соответствующие им в гетеродине:

 

 

 

Прямая проводимость смесителя:

 

Средняя полоса пропускания ПФ1П-023 составляет 9,75кГц, а входная проводимость и q=0,33.

Необходимая полоса пропускания коллекторного согласующего фильтра:

 

Эквивалентное затухание этого фильтра должно быть:

 

Эквивалентная ёмкость этого контура:

 

Считаю ёмкость монтажа равной ёмкости катушки и равной 5пФ, тогда:

 

Выбираю С17=620пФ.

Индуктивность контурной катушки:

 

При собственном затухании 0,015 его активная резонансная проводимость будет:

 

Коэффициенты включения:

 

 

Принимаю p1=1.

 

Коэффициент преобразования каскада:

 

Суммарный ток питания преобразователя и гетеродина, т.е. коллекторный ток VT4:

 

В качестве VT4 выбираю МП41А с максимальным током коллектора 50мА.

Напряжение стабилизации:

 

Для МП41А при напряжении КЭ 0 и -5 вольт, таким же его можно считать и для напряжения КЭ 2В.

В качестве стабилизирующего выбираю диод Д101 для которого 1,2В и .

 

Выбираю R15=270 Ом.

Выбираю рабочую точку диода

 

Выбираю R14=24кОм.

 

Выбираю С21=0,68мкФ.

Т.к. выходная проводимость ПФ1П-023 0,417мСм, а входная проводимость УПЧ1 на ГТ308В 0,5мСм, то выбираю согласующее сопротивление R16=390 Ом.