Радиоприемник с амплитудной модуляцией

                Федеральное агентство железнодорожного  транспорта

                              Уральский государственный университет

                                                     путей сообщения

 

 

 

Кафедра “Электроники”

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

по дисциплине “Каналообразующие устройства” на тему:

“Радиоприемник с амплитудной модуляцией”

 

 

 

Проверил:                                                                    Выполнил:                               

 

 

 

 

Екатеринбург

2007 г.

 

 

С О Д Е Р Ж А Н И Е

 

Исходные данные вариант № 208 ____________________________________3

Введение _________________________________________________________4

1. Эскизные расчеты, разработка  структурной схемы ____________________5

1.1. Выбор функциональной  схемы _______________________________5

1.2. Построение спектров ______________________________________10

1.3. Описание работы  структурной схемы приемника _______________11

2. Разработка принципиальной  электрической схемы и ее описание ______12

2.1. Входное устройство _______________________________________12

2.2. Усилитель промежуточной  частоты __________________________13

2.3. Амплитудный детектор ____________________________________15

2.4. Гетеродин “индуктивная трехточка”__________________________17

2.5. Усилитель низкой частоты __________________________________18

3. Расчет узлов радиоприемника ______________________________________

3.1. Расчет гетеродина “индуктивной трехточки” ____________________

3.2. Расчет второго каскада  УПЧ __________________________________

3.3. Расчет первого амплитудного детектора АД1 ____________________

4. Справочные данные  полупроводниковых элементов схемы____________

        4.1. Электрические параметры микросхемы  К174УН15_______________

        4.2. Электрические параметры транзистора  КТ315А__________________

        4.3. Электрические параметры транзистора  КТ345А__________________ 

        4.4. Электрические параметры диода  Д2Б___________________________

Заключение ________________________________________________________

Список литературы _________________________________________________

 

 

 

 

И С Х О Д Н Ы Е   Д А Н Н Ы Е

 

 

1. Диапазон частот: fmin = 590 кГц, fmax = 2600 кГц.

 

2. Чувствительность: Uc min = 0,03 мВ.

 

3. Избирательность по соседнему каналу: sс = 34 дБ.

 

4. Расстройка соседнего канала: ∆f = 15 кГц.

 

5. Избирательность по зеркальному каналу: σз = 33 дБ.

 

6. Избирательность по промежуточной частоте: σпр = 32 дБ.

 

7. Полоса частот модулирующего сигнала: Fн = 280 Гц, Fв = 3300 Гц.

 

8. Коэффициент частотных искажений приемника: М = 4 дБ.

 

9. Выходная мощность: Рвых = 1 Вт.

 

10. Тип антенны – ферритовая.

 

11. Тип источника питания – батарея. 

 

 

 

 

 

 

 

В В Е Д Е Н И Е

 

 

 

Техника передачи информации с каждым годом приобретает все большее значение, являясь одним из основных компонентов современных систем управления, в том числе и автоматизированных. Бурное развитие радиотехники создало все предпосылки для широкого использования радиосредств на железнодорожном (ж.-д.) транспорте. Так как на железной дороге с каждым годом возрастает объем грузоперевозок, то для более эффективной и согласованной работы отдельных служб требуется применение высоконадежных средств связи. Среди последних наибольшее распространение радиосредств.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Э С К И З Н  Ы Е  Р А С Ч Е Т Ы,  Р А З Р А Б О Т К  А 

С Т Р У К Т У Р Н О Й  С Х Е М Ы

 

1.1. ВЫБОР  ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ  СХЕМЫ 

 

Производим выбор числа поддиапазонов. Для этого вычисляем коэффициент диапазона:

Т.к. Кд > 3, то весь диапазон  разбиваем на поддиапазоны, чтобы выполня-лось условие

Кд = (К'пд )

,

где  К'пд – предварительное значение коэффициента поддиапазона,

        n – целое число, равное числу поддиапазонов.

Величина К'пд  должна находится в пределах 1,5…3.

n = 2,     

Вычисляем предварительные значения граничных частот каждого поддиапазона:

f '1min = fmin = 590  (кГц);

f '1max = f '1min ∙ К'пд = 590 ∙ 2,1 = 1238,55  (кГц);

f '2min = f '1max = 1238,55  (кГц);

f '2max = f '2min ∙ К'пд = 1238,55 ∙ 2,1 = 2600  (кГц);

вычисляем окончательные значения граничных частот поддиапазонов с учетом «запаса перекрытия» на 2…3%, т.е.

1 поддиапазон

 

2 поддиапазон

Находим окончательное значение коэффициента каждого поддиапазона

 

Вычисляем частоту пропускания приемника. При приеме АМ – сигнала она равна:

2∆F = 2Fв = 3300 ∙ 2 = 6600 (кГц),

 

где Fв = 3300 Гц – верхняя частота моделирующего сигнала.

 

Выбираем промежуточную частоту. В приемниках средневолнового диапазона применяется fпр = 465 кГц. Чем выше fпр, тем лучше избирательность по зеркальному каналу, но труднее обеспечить высокую избирательность по соседнему каналу и устойчивую работу УПЧ.

 

Находим число контуров радиочастотного тракта, исходя из заданной избирательности по зеркальному каналу, полосы пропускания приемника и коэффициента частотных искажений.

 Задаемся nк = 2 и определяем эквивалентную добротность контуров Qэ из двух условий:

а) добротность контуров Q′э из условия избирательности по зеркальному каналу:

Q′э = 

Q′э =

 

 

 

б) добротность контуров Q″э из условия обеспечения полосы пропускания и коэффициента частотных искажений Мк. Задаемся предварительным значением М′к для тракта радиочастоты: М′к = 0,7.

 

Эквивалентную добротность находим по формуле: 

 

 

где 2∆fрасч = 2(∆f + ∆fсопр + ∆fгет),

где ∆f = 15 кГц – верхняя частота моделирующего сигнала;

∆fсопр = 1 кГц для диапазона средних волн;

∆fгет – отклонение частоты гетеродина,

∆fгет = 0,5·10-3·fгет, а fгет = fпр + fmax, fпр = 465 кГц, f1max = 1269.5 кГц;

∆fгет = 0,5·10-3·(465+2600)·103 = 1532,5 Гц,

2∆fрасч = 2·(15000+1000+1533)=35066 Гц.

 

Q″э =

Q″э =25.

 

 

По найденным значениям Q′э и Q″э определяем окончательное значение Qэ из неравенства:

Q″э > Qэ > Q′э ,

25 > Qэ > 10,      Qэ = 20.

 

Находим окончательное значение коэффициента Мрч для тракта радиочастоты:

 

 

Мрч = 0,852 о.е. = -1,39 дБ

 

Распределяем частотные искажения по трактам приемника, учитывая, что общий коэффициент:

М = Мрч +Мпч +Мд +Мнч (дБ),

 

где Мрч , Мпч , Мд , Мнч – коэффициенты частотных искажений соответственно тракта радиочастоты, преобразователя частоты, детектора и тракта низкой частоты.

 

Выбираем Мд +Мнч = 2 дБ.

Коэффициент частотных искажений тракта высокой частоты (радиочастоты и промежуточной частоты) будет равен:

Мвч = М – (Мнч +Мд) = 5-2 = 3 дБ

тогда:

Мпч = Мвч – Мрч = 3 - 1,39 = 2,61 дБ

 

Находим избирательность тракта радиочастоты по соседнему каналу:

 

 

 

 

 

 

σ′с = 1,05 о.е. = 0,42 дБ

 

Определим число фильтров промежуточной частоты. Избирательность по соседнему каналу усилителей промежуточной частоты:

σс упч = 49 дБ

 

 

 

 

Из приведенного расчета следует, что основную избирательность по зеркальному каналу обеспечивает входной контур, а по соседнему каналу – УПЧ, т.к. входной контур добавляет к избирательности по соседнему каналу УПЧ только σ′с = 0,42 дБ.

Заданной полосе пропускания 2∆F = 6.6 кГц и избирательности по соседнему каналу σс = 49 дБ соответствует число фильтров в цепи промежуточной частоты m = 3.

 

Определим число каскадов высокочастотного тракта. Задаемся напряжением промежуточной частоты на входе детектора:

Uвх. д = 1В.

 

Требуемый коэффициент усиления ВЧ-тракта:

К″вч = Uвх. д / Uc min ,

 

где Uвх. д = 1 В; 

Uc min = 0,03·10-3 В – чувствительность приемника в наихудшей точке диапазона (в исходных данных);

К″вч = 1 / 0,03·10-3 = 33333.333 о.е.

 

Предусматривая запас усиления, получим:

К′вч = 1,4·К″вч = 46666.66

 

Окончательный коэффициент усиления ВЧ-тракта находим по формуле:

.

где Квх. у = 3 – коэффициент усиления входной цепи;

Курч = 10 – коэффициент усиления УРЧ ;

Кпреобр = 4 – коэффициент усиления преобразователя частоты;

Купч = 20 – коэффициент усиления УПЧ;

Квч = 3·4∙20²∙10 = 48000

Kвч>K'вч,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. ПОСТРОЕНИЕ СПЕКТРОВ

fс = (fmax +fmin)/2 = 1595 кГц

Fн = 280 Гц

Fв = 3300 Гц

fпр = 465 кГц

 

Рис. 1.2. – Спектры

 

 

 

 

 

 

3.Разработка структурной схемы радиоприемника.

 

Выбор и обоснование структурной схемы

Существенное улучшение большинства показателей радиоприемников достигается на основе принципа преобразования частоты принимаемого сигнала - переноса его в частотную область, где он может быть обработан с наибольшей эффективностью.  Для построения приемника будет использована супергетеродинная схема. В таком приемнике сигналы частоты fс преобразуются в преобразователе частоты (ПЧ), состоящем из смесителя (См) и генератора вспомогательных колебаний - гетеродина (Г), в колебания фиксированной, так называемой промежуточной частоты fпр, на которой и осуществляется основное усиление и частотная избирательность. Смеситель содержит нелинейный элемент или элемент с переменным параметром, поэтому в результате воздействия входного сигнала fс и колебаний гетеродина с частотой fГ на его выходе возникают колебания с комбинационными частотами , где m и n - целые числа. Одна из этих комбинационных составляющих выделяется фильтром (резонансной системой) на выходе смесителя, и используется в качестве новой несущей частоты выходного сигнала (промежуточной частоты), усиливаемой затем усилителем промежуточной частоты (УПЧ).  Обычно используется наиболее интенсивная комбинационная составляющая с , (простое преобразование), но иногда и с , (сложное или комбинационное преобразование). При этом можно использовать как разность частот fГ и fС (разностное преобразование), так и их сумму (суммарное преобразование). При наиболее широко применимом простом разностном преобразовании обычно fпр=fГ -fС («верхняя» настройка гетеродина), но возможна и «нижняя» настройка с fпр=fС -fГ.

Частота на выходе преобразователя fпр может быть получена как при подаче на вход смесителя колебаний с частотой , так и с частотой . Если частота принимаемой радиостанции равна , а какая-нибудь другая радиостанция будет работать на частоте , то на выходе преобразователя частоты будут два колебания с одинаковой частотой fпр, которые нельзя будет отделить друг от друга. Если амплитуда сигнала мешающей радиостанции будет сравнима с амплитудой сигнала принимаемой радиостанции, то прием сигналов будет сильно затруднен, либо совсем невозможен. Сигналы с частотой , отличающиеся от частоты гетеродина на величину промежуточной частоты fпр, называются зеркальной помехой. Частота зеркальной помехи всегда смещена относительно частоты гетеродина в сторону, противоположную смещению частоты принимаемой радиостанции. Прием зеркальной помехи является недостатком смесителя. Для избавления от зеркальной помехи необходимо на вход преобразователя частоты подавать полезный сигнал с большей амплитудой по сравнению с амплитудой зеркальной помехи. Уменьшение амплитуды зеркальной помехи достигается настройкой контуров входного устройства и усилителя радиочастоты в резонанс на частоту принимаемого сигнала (преселекцией).

Для того чтобы fпр оставалась постоянной при перестройке приемника в некотором диапазоне частот fС , осуществляется сопряженная перестройка ВЦ, резонансных цепей УРЧ и гетеродина. Поскольку сигнал несет в себе полезную информацию, которая в процессе преобразования должна сохраняться, ПЧ должен быть линейным по отношению к сигналу, несмотря на принципиально нелинейный характер протекающих в нем процессов. Другими словами, при преобразовании частоты происходит перенос спектра сигнала в область промежуточной частоты без нарушения амплитудных и фазовых соотношений его составляющих.

Поскольку радиочастотные цепи обладают в большинстве случаев относительно широкой полосой пропускания, они обеспечивают лишь предварительную частотную избирательность (селекцию), вследствие чего ВЦ и УРЧ называет преселектором. Основная же избирательность реализуется в тракте промежуточной частоты.

Перенос сигнала на более низкую частоту имеет следующие преимущества:

• возможность реализации высокого устойчивого усиления за счет ослабления роли паразитных обратных связей (ОС);
• сужение полосы пропускания без усложнения фильтрующих (резонансных) цепей;
• упрощение реализации УПЧ вследствие отсутствия необходимости перестройки.

Однако преобразование частоты обуславливает и ряд особенностей супергетеродинного приема, требующих принятия специальных мер для нейтрализации их отрицательного влияния на показатели и характеристики радиоприемников.