Выбор и обоснование схемы электрической принципиальной

Введение

Радиоприемник является одним из наиболее распространенных

радиотехнических устройств, значение, которого в экономической, социальной и культурной жизни людей огромно. Радиосвязь невозможна без радиоприемника, с изобретением которого практически началась эра радио. Радиоприем является не только важнейшей, но и наиболее трудной задачей радиотехники.

Эволюция  схем приёмников на транзисторах была весьма, сходной с эволюцией схем ламповых приёмников: разрабатывались  схемы приёмников прямого усиления, супергетеродинные схемы. Современные  транзисторные приёмники выполняются, как правило, по супергетеродинной  схеме. Развитие полупроводниковой  электроники привело к качественно  новому направлению устройств приёма и обработки информации микроэлектронике. Успехи в развитии современной микроэлектроники позволяют в значительной степени улучшить основные параметры радиоприёмников. Замена целых функциональных узлов и блоков радиоприёмника интегральными микросхемами, замена конденсаторов переменной ёмкости варикапами и варикапными матрицами, применение сенсорных устройств вместо механических переключателей диапазонов позволяют по-новому решать вопросы конструирования радиоприёмных устройств. Использование новых методов конструирования приёмников позволяет, в свою очередь, решать такие вопросы, как бесшумная настройка приёмников, автоматическое регулирование полосы пропускания при изменении уровня входных сигналов, программное управление радиоприёмником и целый ряд других проблем, связанных с улучшением качественных показателей и условий эксплуатации радиоприёмных устройств.

       Конструкций радиоприемников существует несчетное множество. Радиоэлектроника развивается исключительно быстро, так что вдобавок приемники быстро стареют, и каждый год в магазинах появляются новые изделия, которые лучше предыдущих.

Хороший приемник должен выделить из хаоса радиоволн, которые приходят к антенне, лишь те сигналы, которые нужны. Это свойство носит название избирательности, в  лучших современных приемниках избирательность  достигает 120 дБ (ослабление помехи в  миллион раз). Приемник должен быть как можно более чувствительным, то есть должен принимать самые слабые сигналы.

Блок-схема  радиоприемника прямого усиления достаточно очевидна. Прежде всего, надо выделить нужную длину волны и усилить  колебания высокой частоты, создаваемые  в антенне волной, интересующей слушателя  станции. Далее необходимо произвести детектирование, или демодуляцию.   И, наконец,  усилитель — уже  для низкочастотных колебаний. Завершающей  стадией является превращение этих электрических колебаний в звуковые, что выполняется динамиком или наушниками.

Блок-схема  радиоприемника супергетеродинного типа отличается лишь тем, что в ней  добавляется преобразователь, состоящий  из гетеродина и смесителя, УПЧ и  появляется возможность исключить из схемы УРЧ т.к. основное усиление сигнала происходит на промежуточной частоте.

Чувствительность приемника характеризуется  наименьшей величиной сигнала в  антенне приемника, которая дает возможность достаточно отчетливо (на 20-30 дБ выше уровня шумов) слушать  передачу.

В данном курсовом проекте рассматривается радиовещательный приемник CВ диапазона супергетеродинного типа.

1. Выбор и обоснование схемы электрической структурной

По принципу обработки принимаемого сигнала различают радиовещательные приёмники прямого усиления, в которых сигнал усиливается непосредственно, и супергетеродинные, в которых основное усиление осуществляется на промежуточной частоте, полученной в результате преобразования частоты принимаемого сигнала.

В приёмнике  прямого усиления содержатся: входная  цепь, выделяющая сигнал, принятый антенной; усилитель высокой частоты, который  усиливает поступившие из входной  цепи полезные сигналы и осуществляет дальнейшее ослабление сигналов мешающих станций; детектор, преобразующий модулированное колебание высокой частоты в колебания низкой частоты; оконечный аппарат (динамик или громкоговоритель); и блок питания.

 

Рисунок 1. – Структурная схема приёмника  прямого усиления.

Но приёмник прямого усиления не может обеспечить высокую чувствительность и хорошую  избирательность.

В супергетеродинном  приёмнике за счёт преобразования частоты  принимаемого сигнала снижаются  нежелательные обратные связи и повышается устойчивость.

 

 

 

 

Рисунок 2. – Структурная схема супергетеродинного приёмника.

Входная цепь, усилитель высокой частоты (может отсутствовать), детектор и  усилитель низкой частоты действуют  также как и в приёмнике  прямого усиления. Преобразователь  частоты состоит из смесителя  и гетеродина. Гетеродин генерирует вспомогательную частоту fг, а преобразование частоты осуществляется в смесителе. На смеситель воздействует два колебания высокой частоты: колебание сигнала fc, поступившее из входной цепи, и от гетеродина fг. В результате частоты смешиваются и, за счёт избирательной системы в нагрузке смесителя, на выходе выделяется сигнал с промежуточной частотой. Усилитель промежуточной частоты обеспечивает требуемое усиление сигнала fпр до значения, необходимого для качественной работы детектора. Использование усилителя промежуточной частоты позволяет получить высокую избирательность и равномерное усиление в полосе пропускания.

Супергетеродинная схема является основной схемой современных  приёмников, так как она обеспечивает не только высокую избирательность и чувствительность.

Но она  имеет также и недостатки: трудность  настройки, так как в ВЧ тракте имеются колебания трёх частот fг, fc, fпр; наличие дополнительных "паразитных" каналов приёма.

В данном курсовом проекте применяется приемник супергетеродинного типа СВ диапазона.

2. Эскизный расчёт

2.1 Эскизный расчет высокочастотной  части приемника

Выбирается транзистор для высокочастотной части приемника

а) Выберем  транзистор ГТ322В, у которого fгр=50 МГц

f max<0,1* fгр. (1)

2 МГц< 0,1* 50 МГц

Данные  транзистора ГТ322В:

h11б=34 Ом, h22б=1,0 мкСм,

h21э=20 – 120, Ck=2,5 пФ,

rб сk =200 пс Iк=1 мА

б) Определяется крутизна транзистора. По формуле:

 (2)

где S – крутизна вольтамперной характеристики, мА/В

h21э – коэффициент передачи по току в схеме ОЭ

h11э – входное сопротивление транзистора в схеме ОЭ, Ом

h11б – входное сопротивление транзистора в схеме ОБ, Ом

Так как в  справочнике даны h–параметры для схемы с ОБ, то воспользуемся формулами перевода:

 (3)

Принимается среднее значение

h21э=70

 (4)

где rбСк – постоянная времени цепи обратной связи коллектора, пс

Ск – проходная емкость транзистора, пФ

  (5)

где а  – коэффициент частотного использования  транзистора

fmax – максимальная частота на которой будет работать транзистор, Гц

fгр – граничная частота работы транзистора, Гц

в) производится перевод из h-параметров транзистора в Y-параметры.

 (6)

где g11 – входная проводимость, См

 (7)

где g22 – выходная проводимость, мкСм

Для транзисторов, работающих в режиме преобразования:

 (8)

 (9)

 (10)

Sпр=0,6*29,4=17,64 мА/В

Расширяется заданный рабочий диапазон часто

 (11)

где f'max – расширенная максимальная рабочая частота транзистора, МГц

f'max=1,02*3=3,06 МГц

 (12)

где f''min – расширенная минимальная рабочая частота транзистора, МГц

f''min=0,98*1,5=1,47 МГц

Определение эквивалентной добротности  контуров преселектора и необходимость применения УРЧ

а) Минимальная эквивалентная добротность  контура, обеспечивающая заданную избирательность по ЗК, рассчитывается по формуле.

 (13)

где Seзк – заданная избирательность по ЗК. Seзк=24 дБ =15,9.

f 'зк – частота зеркального канала, МГц, рассчитывается по формуле:

f 'зк=f 'max+2 fпр (14)

где fпр – выбранная промежуточная частота, МГц

f 'зк=3,06+2*0,465=3,99 МГц

б) рассчитывается полоса частот входного сигнала по формуле:

 (15)

где 2Δfc – допустимая неточность сопряжения входного контура и контура гетеродина, кГц.

2Δfг – допустимый уход частоты гетеродина, кГц

П=2*6+ 1,5+ 3= 16,5 кГц

в) Максимальная добротность контура  из условия допустимых частотных  искажений по формуле:

 (16)

где Мсч – частотные искажения одного контура входной цепи.

Для заданного диапазона СВ примем

Мсч=2 дБ =1,26.

Так как: Qэп > Qэи, 52,3 >12,2 то УРЧ не нужен.

г) Из условия Qэи < Qэ < Qэп

где Qэ – величина эффективной добротности контуров преселектора, выбираем Qэ = 28.

Конструктивная добротность контура

 (17)

где Qк – конструктивная добротность контура

ψ – коэффициент  шунтирования контура, учитывающий  шунтирующее действие входного сопротивления  транзистора. Ψ=0,7

Получение значения Qк практически осуществимо.

д) Определяется значение добротности на минимальной частоте по формуле:

 (18)

где Qэ(min) – добротность на минимальной частоте

dэ(min) – затухание на минимальной частоте и определяется по формуле:

 (19)

где d – затухание контура, определяется по формуле:

 (20)

dэ(max) определяется по формуле:

 (21)

Проверяется избирательность на частоте равной промежуточной

Рассчитывается избирательность, при n=1:

 (22)

где Se пр – избирательность по частоте равной промежуточной, дБ

fпр – промежуточная частота, МГц

f0 –крайняя частота диапазона наиболее близкая к промежуточной, кГц

≈29 дБ

Задана избирательность по промежуточной  частоте 24 дБ, что соответствует  в разах Sепр=15,9, следовательно входная цепь обеспечивает заданную избирательность по промежуточной частоте и использовать фильтр не нужно.

Распределение между трактами приемника  частотных искажений

В диапазоне  СВ частотные искажения на один контур преселектора принимаем

Мсч=2 дБ

Частотные искажения низкочастотной части приемника принимаем

Мнч=2,1 дБ

Тогда частотные искажения тракта ПЧ:

 (23)

МПЧ =8−(2+2,1)=3,9 дБ

Определяется число поддиапазонов

Требуемый коэффициент диапазона  по частоте определяется по формуле:

 (24)

Коэффициент диапазона, определяется через емкости

 (25)

где Сmax – максимальная емкость конденсатора, пФ

Сmin – минимальная емкость конденсатора, пФ

Ссх – емкость схемы, пФ. Для СВ Ссх=25 пФ

Выбирается  конденсатор КПЕ, у которого:

Сmax=365 пФ Сmin=10 пФ

Так как  Кдс >Кд, то диапазон на поддиапазоны не разбиваем.

Выбор схемы  входной цепи приемника

Применим  одноконтурную входную цепь. Выбираем индуктивную связь контура входной цепи с транзистором первого каскада.

Выбор схемы  преобразователя частоты

Выбираем  схему преобразователя частоты  с гетеродином, так как эта  схема позволяет подобрать оптимальные  режимы питания транзисторов в преобразовательном и генераторном режимах, следовательно более устойчивая и надёжная, и упрощается настройка схемы.

Выбор избирательной  системы тракта промежуточной частоты.

Рассмотрим  в качестве избирательной системы  ФСС.

а) Определяется расчетная добротность контура звена фильтра.

 (26)

Где

∆F=Fmax

б) Задается конструктивная добротностью контура Qк =400

в) Рассчитывается полоса пропускания фильтра.

 (27)

где хп - обобщённая расстройка,

хп =0,8

г) Рассчитывается вспомогательная  величина – обобщенную расстройку xс, соответствующую избирательности по СК.

 (28)

где ∆f – расстройка по соседнему каналу (обычно 10 кГц).

Обобщенное  затухание β по формуле:

 (29)

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3. - График обобщенной резонансной кривой.

д) По графику (рисунок 1) определяется избирательность по СК, создаваемую одним звеном фильтра

Seск1=3 дБ

е) Пользуясь  тем же графиком (рисунок 1) по значениям β и Хп определяется частотные искажения Sem, вносимые одним звеном фильтра