Выбор и обоснование схемы электрической принципиальной

Sem=0,4 дБ

ж) Определяется число звеньев полосового фильтра nфм из условий обеспечения заданной избирательности.

 (30)

где Secк- заданная избирательность по соседнему каналу,

Secк=25 дБ

Из условия  обеспечения заданных частотных  искажений:

 (31)

где Пфм – число звеньев фильтра при выполнении заданных частотных искажений

Так как  Пфм >Пф, то расчёты правильны и число звеньев получается равным 8, но это не выгодно, следовательно, в качестве избирательной системы тракта промежуточной частоты принимаем систему с сосредоточенной избирательностью в виде ФПЭ (фильтр пьезоэлектрический).

Определение необходимого коэффициента усиления от входа до детектора

В диапазоне  СВ прием производим на ферритовую антенну.

 (32)

где Rвх – входное сопротивление транзистора первого каскада, Ом

g11 – входная проводимость, См.

 (33)

где - характеристическое сопротивление контура, Ом

 (34)

 (35)

 (36)

где - коэффициент включения входного контура в базовую цепь транзистора первого каскада

Uвх =Еа* hд*Qэп* pвх (37)

где Uвх – напряжение сигнала на входе первого каскада приемника, мкВ

Еа – чувствительность, В/м

hд – высота антенны, м Принимаем

hд=0,04 м

Uвх =0, 95

Необходимый коэффициент усиления от входа до детектора

 (38)

где Ud – напряжение на входе детектора. Принимаем

Ud =1 В

Необходимый коэффициент усиления берем с запасом

 

К'н=1,5* Кн (39)

К'н=1,5 * 6024 ≈9036

Определение устойчивого коэффициента усиления каскадов

Устойчивый  коэффициент усиления преобразователя  частоты

 (40)

где Sпр – крутизна вольт-амперной характеристики в режиме преобразования, мА/В

Ск – проходная емкость транзистора, пФ

f'max – расширенная максимальная рабочая частота транзистора, МГц

Устойчивый коэффициент усиления УПЧ

 

 (41)

где S – крутизна вольт-амперной характеристики, мА/В

Ск – проходная емкость транзистора, пФ

fпр – промежуточная частота, МГц

Определение числа каскадов высокочастотной  части приемника

Составим структурную схему ВЧ части приемника, состоящую из обязательных элементов и выберем вероятные коэффициенты усиления каскадов, имея ввиду, что должно соблюдаться соотношение:

Квер < Куст.

где Квер- вероятный коэффициент усиления каскадов.

Куст - устойчивый коэффициент усиления каскадов.

Тогда для  высокочастотной части приемника

Квер= Кпр* КУПЧ (42)

где Кпр - коэффициент усиления преобразователя частоты

Купч - коэффициент усиления УПЧ

Квер=9,5*30=285 < К'н

Добавим один каскад УПЧ. Первый каскад УПЧ  берем апериодический, второй каскад – широкополосный.

Квер= Кпр* Купч* КАПЧ * КШПЧ (43)

где Кпр - коэффициент усиления преобразователя частоты

КАПЧ - коэффициент усиления апериодического УПЧ

КШПЧ - коэффициент усиления широкополосного УПЧ

Квер=9,5*30*30 = 9000

Условие Квер > К'н, (9000 >7110) выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Эскизный  расчет низкочастотной части  приемника

Выбор схемы  детектора и определение напряжения на выходе детектора

Выбираем схему последовательного  диодного детектора с енной нагрузкой, так как она обладает лучшей фильтрацией напряжения промежуточной частоты и большим входным сопротивлением по сравнению с параллельной.

Выбирается диод Д2А, у которого S=50 мА/В. По графику (Рисунок 3) при Rd*S=4,7*50=235, определяем коэффициент передачи детектора, Кд=0,93

Рисунок 5. – График коэффициента передачи детектора.

Определяется напряжение на выходе детектора

 (44)

Ud – напряжение подаваемое на вход детектора, В

Эскизный  расчет усилителя звуковой частоты

а) Выбор типа схемы и транзисторов для выходного каскада.

При заданной мощности Рвых=1,5Вт, выбираем двухтактный трансформаторный выходной каскад, работающий в режиме АВ.

Выходная мощность, приходящаяся на один транзистор:

 (45)

Рассеиваемая на коллекторе мощность:

 (46)

где ε – коэффициент использования  коллекторного напряжения. Принимаем ε = 0,9

 – КПД выходного трансформатора. Принимаем  =0,8.

Выбираем транзистор ГТ 402 Б. Его  параметры:

Pк доп=600 мВт Uк доп=25 В

Iк доп=500 мА β=60-150

б) Для предварительных каскадов УЗЧ выбираем транзистор МП21Е, у  которого β=30.

в) Расчет усилителя мощности.

Амплитуда тока коллектора обеспечивающая заданную выходную мощность оконечного каскада

 (47)

где Uк – напряжение на коллекторе транзистора, В

 

Принимается

 

Uк=0,4*25=10 В

Условие Iтк < Iк доп =500 мА выполняется.

Амплитуда тока базы оконечного каскада

 (48)

г) Определяется требуемое предварительное усиление и число предварительных каскадов.

Ток базы первого каскада

 (49)

Требуемое усиление по току предварительного УЗЧ

 (50)

С учетом разброса параметров

 (51)

Необходимое число каскадов предварительного УЗЧ

 (52)

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6. – Структурная схема приёмника.

 

 

 

 

 

 

3. Выбор и обоснование схемы электрической принципиальной

Входная цепь:

Входной цепью принято называть электрическое  устройство, включаемое между антенной и входом первого каскада. Входная  цепь обеспечивает связь антенны  с первым каскадом приёмника и  предварительную фильтрацию полезного  сигнала от различных помех.

Входные цепи классифицируют по виду колебательной  системы, настроенной на частоту  принимаемого сигнала и по виду связи  этой системы с антенной.

В качестве колебательной системы применяют  как одноконтурные, так и многоконтурные системы, но наибольшее распространение получила входная цепь с одиночным контуром.

Связь входного контура с антенной может быть емкостная, индуктивная и индуктивно-емкостная.

Емкостная связь проста по устройству, позволяет получит достаточное усиление и малую зависимость настройки приёмника от параметров антенны. Но при этой связи велика неравномерность коэффициента передачи напряжения по диапазону, поэтому она применяется в основном в приёмниках с фиксированной настройкой или при малых значениях коэффициенты перекрытия диапазона (при растяжке).

При индуктивной  связи и при расположении диапазона  частот выше частоты антенного контура (удлиненная антенна), увеличивается коэффициент передачи напряжения на низших частотах и уменьшается на высших. Неравномерность коэффициента передачи при этом по диапазону получается относительно небольшой.

Более равномерное  усиление по диапазону обеспечивает индуктивно-ёмкостная связь, но этот вид связи наиболее сложный.

В данном курсовом проекте применяется входная  цепь с ферритовой антенной и индуктивной  связью входного контура с транзистором первого каскада. Ферритовая антенна  обладает направленными свойствами, что позволяет осуществлять пространственную избирательность приёмника. А неполное включение контура со стороны  входа каскада уменьшает шунтирующее  действие на контур малого входного сопротивления  транзистора.

Преобразователь частоты:

Преобразовательные  каскады на транзисторах выполняют  как с совмещенным, так и с  отдельным гетеродином.

В схеме  с совмещённым гетеродином использован  один транзистор, который одновременно работает как смеситель и гетеродин. Это позволяет уменьшить расход питания, габариты и вес, но возможна взаимосвязь между контурами  входной цепи, гетеродина и промежуточной  частоты, что снижает устойчивость работы; схема имеет большой уровень  шумов и нелинейных искажений.

В схеме  с отдельным гетеродином используется два транзистора, один выполняет  функцию смесителя, другой – гетеродина. Это позволяет подобрать оптимальные  режимы питания транзисторов в преобразовательном и генераторном режимах, тем самым  увеличивается устойчивость работы и стабильность частоты.

В данном курсовом проекте применён преобразователь  с отдельным гетеродином, так  как эта схема более надёжная и устойчивая, имеет меньший уровень  шумов и нелинейных искажений. В  качестве нагрузки смесителя использован пьезоэлектрический фильтр, выделяющий сигнал промежуточной частоты и обеспечивающий хорошую избирательность по соседнему каналу.

Транзистор  в смесительной части включен  по схеме с общим эмиттером, так  как, по сравнению с общей базой, у неё большее усиление по мощности и большее входное сопротивление (уменьшается шунтирующее действие на входной контур).

Транзистор  в гетеродинной части включен  по схеме с общей базой и  использована параллельная схема питания  транзистора, что обеспечивает большую  стабильность, также использованы ограничивающие резисторы для получения более  стабильной амплитуды.

Так как  использовать отдельную настройку  нецелесообразно, настройка колебательных  контуров входной цепи и гетеродина осуществляется с помощью сдвоенного блока конденсатора переменной ёмкости (настройка частоты ведётся одной  ручкой).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Электрический расчёт

4.1 Расчёт  входной цепи

Рассчитать  входную цепь с ферритовой антенной по следующим данным:

fmin=1,5 МГц, fmax=3,0 МГц, Eа=0,95мВ/м, 2∆F=12 кГц, КE(min)>0,02, Q=40, Qэmax=28, Qэmin=34,5.

 

Рисунок 7. – Схема каскада входной  цепи.

 Первым каскадом приёмника является преобразователь на транзисторе ГТ322В с параметрами:

g11пр=318 мкСм;

а) Выбираем двухсекционный блок переменных конденсаторов  С2

КПЕ 10…365 пФ

б) Находим ёмкость схемы

 

где Кд –  коэффициент поддиапазона,

Кд= fmax / fmin=3/1,5=2

Свх=365-4*10/4-1=108

в) Определяем индуктивность контура

L1=22мкГ

г) Определяем коэффициент включения 

 (55)

где Qэ(max) – добротность эквивалентного контура

Q – собственная добротность контура

– характеристическое сопротивление контура, Ом

= 2p*fmax*L (56)

= 2*3,14*3*10*22*10 = 4144,8 Ом

= 0,03

д) Находим ёмкость подстроечного конденсатора

С1 = Ссх – См – СL – Pвх *Свх (57)

где Ссх – ёмкость схемы, пФ

См – ёмкость монтажа, пФ. Задаёмся См=3 пФ.

СL – собственная ёмкость ферритовой антенны, пФ. Задаёмся СL=3 пФ.

Свх – входная ёмкость транзистора-преобразователя, пФ.

Свх= 1,5 С11пр (58)

Свх=1,5 * 38,5 = 57,75

С1 = 108 – 3 – 3 – 0,03 * 57,75 = 100 пФ

Выбираем  подстроечный конденсатор КПК-2 с ёмкостями 10 – 100 пФ.

е) Рассчитываем индуктивность катушки связи

 (59)

где Â - коэффициент связи. Для ферритового стержня принимаем Â=0,8.

= 0,03 мкГ

ж) Определяем минимально необходимую действующую  высоту ферритовой антенны:

 (60)

где 2DF – полоса пропускания приёмника, кГц

Кш –  коэффициент шума транзистора, дБ

Еа – чувствительность приёмника, мВ/м

2DFо – полоса ненагруженного входного контура, кГц

 (61)

43,4кГц

Коэффициент шума транзистора в режиме преобразования

Кшпр=2*Кш (62)

Кшпр=2*2,5=5

  = 1,93 * 10 м

з) Рассчитываем минимальный коэффициент передачи по полю