Проектирование радиоприемных устройств

 

 

 

Определим Y- параметры транзистора, необходимые для вычисления устойчивого коэффициента усиления.

• входное сопротивление транзисторов с схеме с ОБ

 

 

- активные сопротивления эмитерного перехода и базы

 

 

• граничная частота крутизны характеристики с ОЭ.

 

Устойчивый коэффициент усиления вычислим по следующей формуле:

 

 

Далее вычислим коэффициент усиления Ко УРЧ в трех точках диапазона (начале, середине и конце соответственно):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем коэффициент усиления преселектора, взяв при этом минимальные значения   Ковц и Ко

 

 

Копс=Ковц*Ко                Копс=24,77

 

Требуемый коэффициент усиления по напряжению УПЧ и преобразователя частоты с транзисторным смесителем равен:

 

   Усилители промежуточной частоты, используемые в радиоприемных устройствах, можно классифицировать по ряду признаков.

По величине относительной ширины полосы пропускания их подразделяют на узкополосные и широкополосные. УПЧ с относительной полосой пропускания, не превышающей 0,05, условно считают узкополосными, а с большей относительной полосой - широкополосными.

По характеру распределения избирательности в каскадах различают УПЧ с распределенной и сосредоточенной избирательностью. В УПЧ с распределенной избирательностью функции усиления и избирательности обеспечиваются в каждом каскаде. При этом резонансные контуры, создающие требуемую избирательность, одновременно определяют также и усиление тракта.

Равномерное распределение избирательности вдоль тракта приводит к тому, что каждый каскад имеет в среднем невысокую избирательность, поэтому воздействию помех мешающих станций подвергается не только 1-й каскад усиления, но и последующие каскады. В результате возможно появление перекрестных искажений в нескольких каскадах усиления, что снижает помехоустойчивость приёмника. Это является одним из существенных недостатков данного метода конструирования.

В усилителях с сосредоточенной избирательностью необходимая избирательность обычно создается системой, включенной между преобразователем и УПЧ или после 1-го каскада УПЧ, а требуемое усиление — последующими за ним апериодическими или слабо избирательными каскадами. Системой избирательности могут быть многозвенные LС-фильтры, а также пьезоэлектрические или кварцевые фильтры, отличающиеся высоким коэффициентом прямоугольности частотной характеристики.

По числу резонансных контуров в каждом каскаде усилители с распределенной избирательностью подразделяют на одноконтурные и двухконтурные. В одноконтурных усилителях все контуры могут быть настроены на номинальную промежуточную частоту (настроенный УПЧ) или иметь соответствующую расстройку (УПЧ с попарно расстроенными каскадами или с каскадами, настроенными на три частоты). В двухконтурных усилителях избирательность обеспечивается полосовым фильтром, образованным системой двух связанных контуров. В ряде случаев находят применение усилители с чередующимися одноконтурными и двухконтурными каскадами (смешанная схема).

По режиму работы каскадов УПЧ различают усилители в режиме максимального усиления и в режиме фиксированного усиления. Первый режим применяют тогда, когда внутренняя обратная связь не оказывает заметного влияния на характеристики УПЧ и когда возможное избыточное усиление не превышает допустимой нормы. Второй режим используют, когда величина коэффициента усиления ограничена либо из соображений устойчивости, либо из-за недопустимости большого избыточного усиления.

По способу включения транзисторов УПЧ можно классифицировать на усилители с общим эмиттером и с каскодным соединением двух транзисторов. Основным способом включения транзисторов в УПЧ является схема с ОЭ, обладающая большими усилительными возможностями, чем схема с ОБ, из-за большей величины входного сопротивления. Однако в УПЧ с ОЭ не всегда удается обеспечить устойчивую работу из-за влияния внутренней обратной связи. Практически это означает, что рассчитанный коэффициент усиления одного каскада превышает устойчивый коэффициент усиления.

В этом случае применяют различные способы повышения устойчивости. Если коэффициент усиления каскада незначительно (не более чем в 2 раза) превышает устойчивый, обычно используют пассивный способ, заключающийся в уменьшении коэффициента усиления каскада до устойчивого. В противном случае целесообразно увеличить коэффициент устойчивого усиления, применяя каскодное включение транзисторов.

Помимо транзисторов и колебательных контуров схемы каскадов УПЧ включают в себя дополнительные элементы, предназначенные для обеспечения режима питания транзисторов, их температурной стабилизации, устранения цепей паразитной связи, обеспечения междукаскадных соединений и т. п.

 

Рис 4 Принципиальная схема одного двухконтурного каскада УПЧ.

 

 

 

 

 

 

Выбор амплитудного детектора

Детекторы приемников непрерывных АМ сигналов можно реализовать на полупроводниковых диодах или транзисторах Диодные детекторы обладают малыми нелинейными искажениями. В линейном режиме, который обеспечивается при сигнале, большем 0,5—1,0В, их коэффициент гармоник  меньше 1%.

Транзисторные детекторы имеют значительно большие нелинейные искажения  Поэтому , где уменьшение массы, габаритных размеров и потребления питания весьма важно, можно применять транзисторные детекторы. Если же важны малые нелинейные искажения, то рационально брать диодные детекторы.

 

Рис5: Схемы амплитудного детектора            а) последовательный детектор        б) параллельный детектор

 

Диодные полупроводниковые детекторы  могут иметь как последовательные , так и параллельные схемы включения. Предпочтительны последовательные детекторы, имеющие относительно большое входное сопротивление.

Параллельные детекторы применяют лишь тогда, когда контур последнего каскада УПЧ находится под напряжением питания и сигнал на детектор передается через разделительный конденсатор. Обычно диодные полупроводниковые детекторы работают в режиме линейного детектирования при входном напряжении сигналов Uдвх = 0,5...1 В.

В данном случае возможно использование как транзисторного, так и диодного детектора, поскольку оба детектора удовлетворяют требованию ТЗ по коэффициенту гармоник. Возьмем схему последовательного диодного детектора.

  

Выбор схемы АРУ

Схема регулировки усиления может быть простой или с задержкой. Наиболее часто используется схема с задержкой, так как при такой схеме при малых амплитудах входного сигнала (меньше чувствительности приемника) система АРУ не работает и, следовательно, чувствительность приемника не снижается. Кроме того, может применяться схема усиленной АРУ. Для этого сигнал промежуточной частоты усиливается дополнительным каскадом УПЧ до детектора АРУ или| с помощью усилителя постоянного тока усиливается напряжение добавочного смещения после детектора АРУ.                 

Эффективность действия АРУ оценивается коэффициентом предполагаемого изменения напряжения сигнала на входе приемника

 

а также коэффициентом изменения напряжения на входе детекторного каскада

где Uвх  мах      —максимальная амплитуда входного сигнала;

Uвх  мin —амплитуда входного сигнала, соответствующая чувствительности приемника;

Uвых  мах и Uвых  мin —соответствующие амплитуды выходных напря-

женин детекторного каскада.

Если заданное значение A не превышает 60 дб (1000 раз) и B не менее 12 дб (4 раза), то можно применять неусиленную схему АРУ. При больших значениях A и меньших B необходимо предусмотреть в схеме приемника каскад усиленной АРУ.

Выбор УНЧ

 

 

Поскольку приемники непрерывных сигналов с АМ обычно служат для приема телефонных сигналов, УНЧ являются усилителями звуковых частот. В качестве УНЧ я использовала

ИМС К174УН5 по стандартной схеме включения.

ИМС К174УН5 представляет собой усилитель мощности низкой частоты с РВЫХ=2Вт при RH=4Oм. Состоит из входного каскада, согласующего каскада, каскада усилителя мощности и выходного каскада. Входной каскад выполняется по схеме дифференциального усилителя с несимметричным выходом. ИМС необходимо применение дополнительных теплоотводов.

Электрические параметры ИМС К174УН5 при 25±10оС и UИ.П.НОМ=12В.

• Ток потребления IПОТ при UВХ=12В £30мА;

 

• Коэффициент усиления по напряжению КU, при UВХ=10мВ, = 80¸120;

                  Нестабильность коэффициент усиления  по напряжению DКУU £ ±20%;

• Коэффициент гармоник КГ при РВЫХ=2Вт и
•                f=1кГц £ 1;
• RВХ при f=1кГц, UВХ=1В ³ 10кОм;
• Полоса воспроизведения частот Df при UВХ=10мВ, = 0,03¸20кГц;
• РВЫХ при КГ£ 1 и f=1кГц  ³ 2Вт.

 

  Предельные эксплуатационные параметры  ИМС К174УН5:

• Un £ 13,2B;
• UBX £ 1,5B;
• Uсинхр. вх. £ 5,5В;
• IH ампл £ 1,45А;
• RH ³ 3,2Oм;
• Ткристалла £ 125оС.

 

 

 

 

 

 

 

Рис 6 принципиальная схема включения 174УН5

 

 

 

 

 

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

 

 

Преобразователь частоты состоит из смесителя, к которому подводится принимаемый сигнал, и гетеродина, напряжение которого периодически изменяет параметры смесителя. На выходе смесителя выделяется сигнал преобразованной частоты. В ПЧ с внешним гетеродином функции последнего выполняет отдельный электронный прибор. В данном случае используем ПЧ с внешним гетеродином, т.к. он рекомендован [2].

В таком ПЧ сигнал Uс от входной цепи и последнего каскада УРЧ поступает к базе биполярного транзистора смесителя, включенного с ОЭ. Напряжение гетеродина Uг поступает в цепь эмиттера смесителя и по отношению к гетеродину смеситель оказывается включенным по схеме с ОБ.

В цепь коллектора смесителя включают фильтры (резонансный контур). С помощью резисторов R1 и R2 подается напряжение отрицательного смещения на базу транзистора. Цепь R4, С2 служит для стабилизации режима работы транзистора при изменении температуры. R3 используется для подачи напряжения гетеродина в цепь эмиттера. С3 не пропускает постоянную составляющую тока эмиттера в цепь гетеродина. Схема ПЧ с внешним гетеродином приведена на рис.5.

Гетеродин приемника формирует вспомогательное гармоническое напряжение, необходимое для преобразования частоты.

Простейшие гетеродины представляют собой однокаскадные генераторы с самовозбуждением на транзисторах. Такие гетеродины находят применение в радио- и телевизионных приемниках, а также  в некоторых профессиональных устройствах, в которых не требуется высокая точность настройки. К группе простейших гетеродинов могут быть отнесены клистронные гетеродины, а также гетеродины на туннельных диодах. Но главным недостатком таких гетеродинов является низкая стабильность частоты.

Практическое применение находят генераторы с трансформаторной, автотрансформаторной и емкостной и обратной связью. В данном приемнике применим автогенератор с трансформаторной связью, изображенный на рис.6.

 

 

Рис.7. Схема ПЧ с внешним гетеродином.

Рис.8. Гетеродин с трансформаторной связью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет элементов субблока.

 

Рассчитаем преселектор.

Преселектор состоит из входной цеп и и усилителя радиочастоты .Входная цепь соединяет антенну с 1-м каскадом приемника.

Расчет входной цепи:

 

 

 

 

 

Рассчитаем одноконтурную ВЦ с внешнеемкостной связью и с ненастроенной антенной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема входной цепи следующая:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет двухконтурного УРЧ.

 

 

 

Заключение

 В ходе данного проектирования  был сделан эскизный расчет  супергетеродинного приемника двухполосных  одноканальных телефонных амплитудно-модулированных сигналов. На основе эскизного расчета была составлена принципиальная электрическая схема приемника удовлетворяющего требованиям технического задания и проведен поэлементный расчет одного из субблоков.

 

 

 

Библиографический список

1. Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. А.П. Сиверcа. Учебное пособие для вузов. М.,"Сов.радио". 1976
2. Проектирование радиоприемных устройств.: Методические указания / В.И. Лузин, Н.П. Никитин. Свердловск: УПИ, 1990
3. Радиоприемные устройства. Под ред. В.И. Сифорова. Учебник для вузов. М.,"Сов.радио". 1974
4. Буланов Ю.А., Усов С.Н. Усилители и радиоприемные устройства. Изд 2-е, переработ и доп. Учебник для радиотехнических специализированных техникумов. М.,"Высшая школа", 1971