Пояснительная записка к курсовой работе УПОС

Введение

Под воздействием электромагнитных волн, распространяющихся в

эфире от радиоприемных устройств, в приемной антенне наводится

множество электрических колебаний, поступающих на вход приемника, но

только часть из них составляет полезный сигнал. Функции приемника

заключаются в выделении полезного сигнала (подавлении помех), его

усилении и выделении закона модуляции.

Проектирование радиоприемника, как и любого сложного

радиотехнического устройства, является нетривиальной, сложной с точки

зрения формализации решения задачей. В связи с этим при проектировании

радиоприемника применяют итерационный алгоритм разработки. Он

заключается в том, что основные этапы разработки повторяются (полностью

или частично), если при принятых решениях условия технического задания

не выполняются.

В настоящее время во всех диапазонах радиочастот широкое

распространение получила схема супергетеродинного приемника. В ней

принимаемый радиосигнал переносится преобразователем частоты,

состоящим из смесителя и гетеродина, на более низкую промежуточную

частоту. В диапазонах приемников промежуточная частота сохраняется

постоянной, так как перестройка контуров преселектора и гетеродина

происходит одновременно. В тракте промежуточной частоты осуществляется

основное усиление принятого сигнала, формируется полоса пропускания и

подавления помехи по соседним каналам. Возможность получения высокого

коэффициента усиления объясняется ослаблением паразитных обратных

связей, а постоянство промежуточной частоты позволяет применить

неперестраиваемые фильтры с высокой прямоугольностью частотной

характеристики. Недостатком супергетеродинных приемников является

Романов А.Н.

Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 4

Лист

ДатаПодпис№ докум.ЛистИзм.

необходимость подавления помехи, по дополнительным каналам приема,

искажающих полезный сигнал в тракте промежуточной частоты. К

дополнительным каналам приема относят помехи, поступившие на вход

смесителя, взаимодействующие с сигналом основной частоты гетеродина

или ее гармониками, образующие на выходе смесителя напряжения

промежуточной частоты. Наиболее опасными помехами по дополнительным

каналам приема являются помехи на частотах зеркального канала и или

канала прямого прохождения. Помеха по зеркальному каналу, отстоящая от

частоты принимаемого сигнала на две промежуточные частоты, на выходе

смесителя равна промежуточной частоте и попадает в полосу пропускания

приемника. Помеха по каналу прямого прохождения действует на частоте,

равной промежуточной. Основным способом борьбы с этими помехами

является их подавление в преселекторе. В любом случае они должны быть

подавлены на величину, указанную в техническом задании, до выхода

смесителя.

Высокое подавление помех по зеркальном каналу требует большую

промежуточную частоту, а подавление помех по соседним каналам

происходит при небольшой величине промежуточной частоты. Если при

одной промежуточной частоте не удается обеспечить противоречивые

требования к подавлению помех, то переходят к двойному преобразованию

частоты. Сначала выбирают вторую промежуточную частоту, позволяющую

получить полосу пропускания и требуемую селективность по соседним

каналам. Величина промежуточной частоты определяется средней частотой

стандартного фильтра, реализующего указанные параметры. Первая

промежуточная частота вычисляется как средняя геометрическая величина

произведения максимальной частоты рабочего диапазона приемника и

второй промежуточной частоты. Полученную величину нужно округлить до

ближайшего большого значения из ряда рекомендуемых промежуточных


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 5

Лист


частот. При двойном преобразовании частоты появляется помеха по второму

зеркальному каналу, отстоящая от частоты принимаемого сигнала на

величину, равную двум вторым промежуточным частотам. Эта помеха

ослабляется в основном тракте первой промежуточной частоты и частично в

преселекторе.

При высоких требования к селективности по дополнительным каналам

прима промежуточную частоту можно выбрать выше максимальной рабочей

частоты приемника. Такой супергетеродинный приемник называют

инфрадином. Он отличается тем, что селективность по зеркальному каналу

реализуется более простыми цепями преселектора, а для ослабления помех

по соседнему каналу необходимо перейти на низкую вторую

промежуточную частоту. Для подавления помехи по второму зеркальному

каналу требуется фильтр с высокой прямоугольностью амплитудно-

частотной характеристики (АЧХ). Таким фильтром может быть фильтр на

поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Еще одним вариантом построения структурной схемы

супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты

является схема синхродина. В ней частоту второго гетеродина выбирают

равной первой промежуточной частоте. На выходе второго смесителя

выделяется информационный, низкочастотный сигнал. Достоинством такого

приемника является отсутствие зеркального канала по второй

промежуточной частоте, а некоторым усложнением следует считать

необходимость подавления помех по соседнему каналу в низкочастотном

тракте с помощью фильтра нижних частот.

Большинство приемников работает в диапазоне частот. Диапазон

частот – это частотный интервал, в пределах которого приемник


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 6

Лист


перестраивается, сохраняя заданные параметры. Обычно он задается

граничными частотами.

При небольших коэффициентах перекрытия диапазона рабочих частот

в инфрадинных приемниках преселектор может быть неперестраиваемым. В

остальных случаях необходима перестройка как гетеродина, так и

преселектора.

Одиночные и связанные контуры входной цепи, усилителя

радиочастоты и гетеродина перестраивают варикапом. Варикап – это

полупроводниковый диод, емкость которого изменяется под действием

регулирующего запирающего напряжения. Преимуществом варикапов по

сравнению с механическими конденсаторами переменной емкости является:

- вибростойкость;

- малые габариты;

- возможность дистанционного управления;

Как правило, все каскады радиоприемника выполняется на

интегральных микросхемах (ИМС). Исключение составление диапазон СВЧ,

где для улучшения чувствительности приемника УРЧ смеситель, а иногда и

гетеродин выполняют на транзисторах. ИМС – это микроэлектронное

изделие, выполняющее определенную функцию преобразования, усиления,

обработки сигналов, имеющее высокую плотность размещения элементов.

Применение ИМС позволяет повысить устойчивость и надежность

приемника, уменьшить габариты. Выбор ИМС производится по граничной

частоте и функциональному назначению. Рабочая частота приемника должна

быть меньше или равна частоте микросхемы. На одной ИМС могут быть

реализованы несколько каскадов приемника, поэтому следует стремиться к

минимизации числа микросхем.


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 7

Лист


Синтез структурной схемы

Чтобы правильно выбрать структурную схему выделим несколько

этапов синтеза:

1. Нахождение ширины спектра и расчет полосы пропускания приемника.

2. Выбор количества преобразований и значений промежуточных частот.

3. Выбор селективных систем преселектора.

4. Расчет допустимого коэффициента шума приемного устройства.

5. Расчет требуемого коэффициента усиления, выбор активных элементов

6. Составление структурной схемы.

1. Нахождение ширины спектра и расчет полосы пропускания

приемника

Определим полосу спектра, для того чтобы можно было предъявлять

требования к тракту ПЧ.

При амплитудной модуляции ширина спектра радиосигнала SАМ

находиться как удвоенное значение максимальной частоты передаваемого

сообщения Fmax:

Fmax=3400Гц

SАМ=2 Fmax=2∗3400=6.8 кГц

Определим нестабильность частоты гетеродина

Δf Г=f Г max⋅δГ=176⋅106⋅10−6=176 Гц

Определим нестабильность частоты сигнала

Δf с=f с max⋅δГ=134⋅106⋅10−6=134 Гц


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 8

Лист


Полоса пропускания без АПЧ:

П=S АМ+2√ ΔfГ

2+ Δfс

2=6 .8⋅103+2⋅√(176)2+(134 )2=7 .233 кГц

Так как полоса пропускания приемника выполняет условие

П=7 . 233≤1. 1⋅SАМ=7 . 48 , то нет необходимости вводить систему АПЧ.


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 9

Лист


2. Выбор селективных систем преселектора

Частотно-селективные свойства приемника определяются: по

соседнему каналу – фильтрами сосредоточенной селекции (ФСС) входящими

в состав усилителя промежуточной частоты (УПЧ), по зеркальному каналу и

каналу прямого прохождения – входной цепью и частотно-селективными

цепями усилителя радиочастоты (УРЧ). Определим вид частотно селективной

цепи преселектора.

В техническом задании преселектор задан неперестраиваемый.

Предварительный расчет f пч=10.7МГц показал, что для подавления

помехи по зеркальному каналу требуется сложная селективная система,

поэтому перейдем к двойному преобразованию частоты.

Выберем первую промежуточную частоту равную f пч1=45 МГц.

Запишем частоту зеркального канала:

f ЗК 1=f min+2 f ПР 1=128+2⋅45=218 МГц

Для определения селективности по зеркальному каналу найдем

эквивалентное затухание контура d э=f max−f min

f c

=134−128131

=0.046 и рассчитаем :

ξ= 1d э

⋅( f зк

f с

−f с

f зк)= 1

0. 046⋅(218

131−131

218 )=23 . 2

Селективность для одиночного контура:

Se1 ЗК=√1+ξ2=√1+23 .22=23.225

Селективность для одиночного контура дБ


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 10

Лист


Se1 ЗК дб=20 lg Se1ЗК=20 lg23 . 225=27 . 323дБ

Селективность для двусвязного контура:

Se2 ЗК=0 .5√4+ξ4=0 .5√4+23 . 24=269 . 43

Селективность для двусвязного контура в дБ:

Se2 ЗК дб=20 lg Se2 ЗК=20 lg 269. 43=48.6дБ

Селективность одиночного и двусвязного контуров:

Se3 ЗК дб=Se1 ЗК дб+Se 2 ЗК дб=52 , 8+48 . 6=75 . 9 дБ

По условию селективность по зеркальному каналу должна быть

не хуже 60 дБ, а из выше проведённых расчётов видно, что

селективность одиночного и двусвязного контуров удовлетворяет

нашему условию с запасом.

Для определения селективности по каналу прямого прохождения

произведём расчёт величины ξ :

ξ= 1d э

⋅( f c

f пр 1

−f пр 1

f с)= 1

0. 046⋅(131

45−45

131 )=56

Теперь определим селективность по каналу прямого прохождения

Se3 ПП=(√1+ξ2 )2=√1+562=56

Определим селективность по каналу прямого прохождения в дБ :


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 11

Лист


Se3 ПП дб=20 lg SeПП=20 lg56=35 дБ


Se2 ЗК=0 .5√4+ξ4=0 .5√4+564=1571


Se2 ЗК дб=20 lg Se2 ЗК=20 lg 1571=64 дБ


Se3 ЗК дб=Se1 ЗК дб+Se 2 ЗК дб=35+64=99 дБ

По условию селективность по каналу прямого прохождения

должна быть не меньше 60 дБ, а из выше проведённых расчётов

видно, что селективность одиночного и двусвязного контуров

удовлетворяет нашему условию с запасом.

Выберем вторую промежуточную частоту равную f пч2=10.7 МГц.

Запишем частоту зеркального канала:

f ЗК 2=f ПР1+2 f ПР2=45+2⋅10 .7=66 . 4 МГц

Для определения селективности по зеркальному каналу выберем

эквивалентное затухание контура для диапазона частот 128-134 МГц

d э=0.004 ∙ 4=0.016 и рассчитаем :

ξ= 1d э

⋅( f зк 2

f пр 1

−f пр 1

f зк 2)= 1

0. 016⋅(66 .4

45−45

66 . 4 )=49 . 9

Селективность для одиночного контура:


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 12

Лист


Se1 ЗК=√1+ξ2=√1+49.92=49. 9

Селективность для одиночного контура дБ

Se1 ЗК дб=20 lg Se1ЗК=20 lg 49. 9=34 дБ


Se2 ЗК=0 .5√4+ξ4=0 .5√4+49 .94=1243


Se2 ЗК дб=20 lg Se2 ЗК=20 lg 1243=61 .9дБ


Se3 ЗК дб=Se1 ЗК дб+Se 2 ЗК дб=34+61.9=95 .8 дБ

По условию селективность по зеркальному каналу должна быть

не хуже 60 дБ, а из выше проведённых расчётов видно, что

селективность двусвязного контура удовлетворяет нашему условию с

запасом.

Для определения селективности по каналу прямого прохождения

произведём расчёт величины ξ :

ξ= 1d э

⋅( f c

f пр 2

−f пр 2

f с)= 1

0 .016⋅(131

10 .7−10 .7

131 )=248

Теперь определим селективность по каналу прямого прохождения


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 13

Лист


Se3 ПП=(√1+ξ2 )2=√1+7602=248

Определим селективность по каналу прямого прохождения в дБ :

Se3 ПП дб=20 lg SeПП=20 lg 248=48 дБ


Se2 ЗК=0 .5√4+ξ4=0 .5√4+2484=30750


Se2 ЗК дб=20 lg Se2 ЗК=20 lg 30750=89 . 7 дБ


Se3 ЗК дб=Se1 ЗК дб+Se 2 ЗК дб=48+89 .7=137 .6дБ

По условию селективность по каналу прямого прохождения

должна быть не меньше 60 дБ, а из выше проведённых расчётов

видно, что селективность двусвязного контура удовлетворяет нашему

условию с запасом.

Для обеспечения селективности по соседнему каналу будет

использоваться стандартный фильтр промежуточной частоты в тракте

промежуточной частоты.

Для первой промежуточной частоты f пр 1=45МГ выберем фильтр 45S7A

имеющий следующие характеристики.

Рабочая частота: 45 МГц;

Полоса пропускания фильтра по уровню 3 дБ: 7.5 КГц;

Затухание в полосе: 2.5 дБ;

Полоса заграждения по уровню 10 дБ: 25 КГц;


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 14

Лист


Гарантированное затухание 35 дБ в диапазоне частот ± 500 ÷± 1000 КГц.

Условие выбора фильтра

7.5 КГц¿ Пф>П =7.23 КГц

25 КГц=∆ f скф ≤ 2 ∆ f ск=2 ∙ 12.5=25КГц

Селективность по соседнему каналу, всего 10 дБ, но так как это только

первый фильтр на первой промежуточной частоте, то большую

селективность по соседнему каналу приема реализуем во втором фильтре на

второй промежуточной частоте.

Для второй промежуточной частоты f пр 2=10.7МГ выберем фильтр 10G7C

имеющий следующие характеристики.

Рабочая частота: 10.7 МГц;

Полоса пропускания фильтра по уровню 3 дБ: 7.5 КГц;

Затухание в полосе: 3.5 дБ;

Полоса заграждения по уровню 65 дБ: 25 КГц;

Гарантированное затухание 65 дБ в диапазоне частот ± 12.5Гц÷ ± 300КГц.

Условие выбора фильтра

7.5 КГц¿ Пф>П =7.23 КГц

25 КГц=∆ f скф ≤ 2 ∆ f ск=2 ∙ 12.5=25КГц

Оба этих фильтра обеспечивают подавление соседних каналов приема

по уровню -75 дБ, это больше чем требуется по заданию.

3. Расчет допустимого коэффициента шума приемного

устройства


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 15

Лист


Прежде чем рассчитать коэффициент шумов зададимся

следующими параметрами: эффективная полоса пропускания

приемника, в нашем диапазоне можно принять ,

, ;

Мощность сигнала на входе приемника, при :

PВХ=E A

2

R A

=(15⋅10−6 )2

75=3⋅10−12 Вт

;

Теперь можно рассчитать коэффициент шумов:

N ПР≈Pвх

k⋅T 0⋅Δf эф⋅qвых2

= 3⋅10−12

1. 38⋅10−23⋅290⋅7 . 23⋅103⋅102=1000

Для значений , особых мер по снижению

коэффициента шума принимать не следует. При расчете не будут

учитываться шумовые свойства активных элементов.

4. Расчет требуемого коэффициента усиления, выбор активных

элементов


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 16

Лист


Чтобы определить требуемый коэффициент усиления нужно

предварительно найти входное и выходное напряжения.

Входное напряжение: UВХ =15мкВ

Выходное напряжение:

U ВЫХ=√PН RН=√1⋅4=2 В

Общий коэффициент усиления:

K=U ВЫХ

EA

= 215⋅10−6

=133333

Выбираемые активные элементы должны обеспечить требуемое

усиление.

Применим настроенную антенну с сопротивлением 75 Ом. Т.к.

приемник работает на сравнительно высоких частотах- 128…134МГц.

Входная цепь обеспечивает согласование антенны с входом УРЧ

и является избирательной системой, подавляющей наиболее опасные

для приемника помехи по зеркальному каналу и каналу прямого

прохождения. В нашем случае входная цепь состоит из одиночного

контура. Контур следует выполнить неперестраиваемым.

В качестве УРЧ применим микросхему К174ПС1 с граничной

частотой 230 МГц, которая обеспечивает усиление не менее 14 дБ (в

схеме включения в качестве УРЧ). Параметры микросхемы приведены

в приложении 1.

Смеситель на первую промежуточную частоту удобно

реализуется на той же микросхеме, что и УРЧ К174ПС1, которая

представляет собой двойной балансный смеситель, а следовательно


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 17

Лист


частоты гетеродина не будет ни на входе смесителя, ни на выходе, а

так же и чётных гармоник гетеродина. К ней подключаются

соответствующие цепи синтезатора частот с диапазоном перестройки

173-179 МГц.

Смеситель на вторую промежуточную частоту удобно так же

реализовать на той же микросхеме, что и первый смеситель К174ПС1,

которая представляет собой двойной балансный смеситель, а

следовательно частоты гетеродина не будет ни на входе смесителя, ни

на выходе, а так же и чётных гармоник гетеродина. К ней

подключаются соответствующие цепи гетеродина настроенные на

частоту 55.7 МГц.

В качестве УПЧ, частотного детектора и предварительного

усилителя низкой частоты мною была выбрана многофункциональная

микросхема К174ХА2. Данная микросхема имеет в своем составе:

усилитель радиосигналов с системой АРУ, смеситель, усилитель

промежуточной частоты с системой АРУ, гетеродин и стабилизатор, а

так же детектор и усилитель низкой частоты.

В качестве усилителя звуковой частоты была выбрана

микросхема К174УН4А. Эта микросхема представляет собой усилитель

мощности низкой частоты с максимальной выходной мощностью 1 Вт

при работе на нагрузку 4 Ом. Подробнее о параметрах данной

микросхемы изложено в приложении 3.

Определим ориентировочный коэффициент передачи,

обеспечиваемый этими микросхемами.


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 18

Лист


KдБ=3⋅K K 174 ПС 1+K K 174 XA 2+K K 174 УН 4 А=¿3⋅10+60+30=120 дБ

K=10K дБ/20

=10120/20 =106

Требуемый коэффициент усиления, рассчитанный выше (133333),

обеспечивается с запасом.

Теперь учитывая полученные результаты при синтезе

структурной схемы, приступим к разработке и расчету конкретных

каскадов и цепей, обеспечивающих нормальный режим работы

активных элементов, при котором достигается требуемые

характеристики.

Рис.1 Структурная схема приемника

Рис.2 Функциональная схема приемника

Расчет принципиальной схемы

1. Расчет входной цепи


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 19

Лист


Заданную селективность обеспечивают одиночный и двусвязный

контура. Следовательно, входная цепь состоит из одиночного контура. Связь

с антенной выберем автотрансформаторной.

По техническому заданию, преселектор неперестраиваемый,

следовательно, контур будет рассчитан на среднюю частоту диапазона

приемника f 0=131 МГц.

Рис 3. Схема входной цепи

Исходные данные для расчета входной цепи:

1. Диапазон рабочих частот fmin=128МГц fmax=134МГц

2. Эквивалентное затухание контура dэ=0.046

3. Собственное затухание контура выберем наиболее подходящее

для этого диапазона частот d=d э

4=0.011;

4. Сопротивление антенны ;

5. Входная емкость и входное сопротивление УРЧ на основе

микросхемы К174ПС1 ;

6. Паразитная емкость контура и емкость монтажа - и

.

Резонансная частота контура равна


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 20

Лист


f 0=1

2π √ LC

Отсюда найдем произведение емкости и индуктивности контура на

резонансной частоте f 0=131 МГц.

LC=( 12 π f 0 )

2

=( 12 π ∙131 ∙ 106 )

2

=1.476 ∙ 10−18

Зададимся емкостью контура равной C=25 пФ, и найдем индуктивность

контура:

L= LCC

=1.476 ∙10−18

25 ∙10−12 =59 нГн

Коэффициенты включения:

m=1 . 8√dэ⋅f c⋅C⋅RA=

¿1 .8√0 . 046⋅131⋅106⋅25⋅10−12⋅75=0.191

n=1. 8√(d э−2d0 )⋅f c⋅C⋅Rвх=

¿1,8√(0 .046−2⋅0 .011)⋅131⋅106⋅25⋅10−12⋅375=0.302

Приступим к определению коэффициента передачи входной цепи

на резонансной частоте.

G0=2 π⋅f⋅d0⋅C=2⋅π⋅131⋅106⋅0 . 011⋅25 . 1⋅10−12=235 . 6⋅10−6 Cм

G э=m2

R A

+G0+n2

Rвх

=0. 1912

75+235 .6⋅10−6+ 0.3022

375=964 . 6⋅10−6 См

K01=m⋅n

RA⋅G э

= 0 .191⋅0. 302

75⋅964 .6⋅10−6=0 ,797

K0 дБ=20 log K 0=20 log 0. 797=−1. 97 дБ


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 21

Лист


Расчет резонансного УРЧ

УРЧ будет представлять собой резонансный усилитель на основе

микросхемы К174ПС1. Схема типового включения приведена в

приложении 1.

Проведем расчет резонансного контура, который

трансформирует выходное сопротивление микросхемы в

сопротивление следующего каскада . Остальные значения

принимаются те же. С, L - останется без изменений .

C=25 пФ, L=59 нГн.

m=1. 8√d э⋅f с⋅C⋅RвыхК 174ПС1

1+ β2 =

=1. 8√0 .046⋅131⋅106⋅25⋅10−12⋅750

1+12 =0. 427

n=2. 5√(d э−d0 )⋅f c⋅C⋅RвхК 174 ПС1=

¿2 .5√(0 .046−0 .011)⋅131⋅106⋅25⋅10−12⋅375=0. 513

G0=2 π⋅f⋅d0⋅C=2⋅π⋅131⋅106⋅0 . 011⋅25 . 1⋅10−12=235 . 6⋅10−6 Cм

G э=m2

RвыхК 174 ПС 1

+G0+n2

RвхК 174 ПС1

=

¿0 .4272

750+235 .6⋅10−6+0 .5132

375=1.18⋅10−3 См

Коэффициент передачи одиночного контура на резонансной частоте.


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 22

Лист


K02=m⋅n

Rвых⋅G э

= 0 . 427⋅0 .513

750⋅1 .18⋅10−3=0 , 247

Коэффициент передачи двусвязного контура на резонансной частоте.

K02=0 .8 K02=0 . 8⋅0 .247=0 .198

K0 дБ=20 log K 02=20 log 0 .198=−14 дБ

Коэффициент связи двусвязного контура.

к св=β ∙ dЭ=1 ∙ 0 .046=0 .046

Определим коэффициент передачи УРЧ. Микросхема К174ПС1

имеет коэффициент передачи не менее 20дБ .

KУРЧдБ=KK 174 ПС1+K 01+K 02=20−1 . 97−14=4 . 03 дБ

KУРЧ=10

KУРЧдБ

20 =104 . 0320 =1 .6

Цепь R1 C3 служит для предотвращения проникновения помех по

цепям питания. Для предотвращения попадания переменной

составляющей в цепь питания R1 C3. Причём С3 должна иметь малое

сопротивление по высокой частоте, R1 должен иметь такое

сопротивление чтобы не вызывать значительное падение постоянного

напряжения.

Возьмём , тогда падение напряжения на резисторе при

потребляемом токе микросхемой :

- такое падение напряжения мало по

сравнению с напряжением питания.


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 23

Лист


С3 можно определить из следующего соотношения:

C3=502πf c⋅R1

=50

2⋅π⋅131⋅106⋅100=607 .5⋅10−12

Принимаем С3 = 0.6 нФ.

Расчет смесителей и гетеродина

Смеситель на первую промежуточную частоту f пч1=45 МГц

реализуется на той же микросхеме К174ПС1. Типовая схема включения

приведена в приложении 1.

В первом преобразователе частоты мы будем использовать

синтезатор частот, который в данной работе не рассчитывается.

Коэффициент передачи преобразователя зависит от крутизны

преобразования и от сопротивления нагрузки.

Определим элементы R1 C3.

Сопротивление R1 возьмем таким же, как для УРЧ. .

C3=502πf пч1⋅R1

=50

2⋅π⋅45⋅106⋅100=1 .77⋅10−9 Ф

Принимаем С3 = 2нФ.

Смеситель на вторую промежуточную частоту f пч2=10.7 МГц и

гетеродин реализуется на той же микросхеме К174ПС1. Типовая схема

включения приведена в приложении1.

Так как настройка нижняя и частота сигнала после первого

преобразователя частоты не изменяется то: fГ=55.7МГц.

Конденсатор выберем 25пф


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 24

Лист


C7=25 пФ

Определим индуктивность L1:

L1=0 .025

f Г2⋅C7

=0 .025

(55 . 7⋅106)2⋅25⋅10−12=

¿0 .32⋅10−6=0 . 32 мкГнКоэффициент передачи преобразователя зависит от крутизны

преобразования и от сопротивления нагрузки.

Определим элементы R1C3.

Сопротивление R1 возьмем таким же, как для УРЧ. .

C3=502πf 0⋅R1

=50

2⋅π⋅10 .7⋅106⋅100=7 . 4⋅10−9Ф

Принимаем С3 = 10нФ .

Расчет двухзвенного контура

Исходные данные для расчета входной цепи:

1. Рабочая частота fпч1=45 МГц

2. Эквивалентное затухание контура dэ=0.016

3. Собственное затухание контура выберем наиболее подходящее

для этого диапазона частот d=d э

4=0.0 04;

4. Сопротивление ФСС Rвых ФСС=200 Ом;

5. Входная емкость и входное сопротивление преобразователя

второй промежуточной частоты на основе микросхемы К174ПС1

;


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 25

Лист


6. Паразитная емкость контура и емкость монтажа - и

.

Резонансная частота контура равна

f 0=1

2 π √ LC

Отсюда найдем произведение емкости и индуктивности контура на

резонансной частоте f 0=45 МГц.

LC=( 12 π f 0 )

2

=( 12 π ∙45 ∙106 )

2

=12.5 ∙10−18

Зададимся емкостью контура равной C=50 пФ, и найдем индуктивность

контура:

L= LCC

=12.5 ∙10−18

50 ∙10−12 =250 нГн

Коэффициенты включения:

m=1. 8√d э⋅f пч 1⋅C⋅RвыхФСС

1+ β2 =

=1. 8√0 .016⋅45⋅106⋅50⋅10−12⋅200

1+12 =0 .1

n=2. 5√(d э−d0 )⋅f пч 1⋅C⋅RвхК 174 ПС 1=

¿2 .5√(0 .016−0 .004 )⋅45⋅106⋅50⋅10−12⋅375=0. 252


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 26

Лист


G0=2 π⋅f⋅d0⋅C=2⋅π⋅45⋅106⋅0 .004⋅50 . 1⋅10−12=56 . 5⋅10−6 Cм

G э=m2

RвыхФСС

+G0+n2

RвхК 174 ПС 1

=

¿0 .12

200+56 . 5⋅10−6+0 . 2522

375=283. 6⋅10−3См

Коэффициент передачи одиночного контура на резонансной частоте.

K02=m⋅n

RвыхФСС⋅G э

= 0. 1⋅0 . 252

200⋅283 . 6⋅10−3=0 .1

Коэффициент передачи двусвязного контура на резонансной частоте.

K02=0 .8 K02=0 . 8⋅0 .1=0 .09

K0 дБ=20 log K 02=20 log 0 .09=−21 дБ

Коэффициент связи двусвязного контура.

к св=β ∙ dЭ=1 ∙ 0 .016=0 .0 16

Коэффициент передачи преобразователей и двухсвязного

конура:

K0=KК 174 ПС1+K02+K K 174 ПС 1=10−21+10=−1 дБ

K0=10

K0 дБ

20 =10−120 =0 . 9

Усилитель ПЧ, амплитудный детектор и предварительный

усилитель звуковой частоты выполнены на одной микросхеме

К174ХА2. Её типовая схема включения приведена в приложении 2.


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 27

Лист


Микросхема К174ХА2 включает в себя две цепи регулировки

- глубина регулировки АРУ тракта ПЧ 60 дБ;

- глубина регулировки АРУ УРЧ 40 дБ;

Следовательно, дополнительно АРУ вводить не нужно, динамический

диапазон на входе и выходе приемника отвечает требованиям задания.

Усилитель низкой частоты

Усилитель низкой частоты должен обеспечивать нужную

выходную мощность в нагрузке (под нагрузкой понимается

громкоговоритель). Схема включения микросхемы К174УН4 приведена

в приложении 3.

U Вых=√ Pвых⋅RН=√4=2 В


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 28

Лист


Заключение

Спроектированный приемник обладает следующими

параметрами и функциональными возможностями.

Для обеспечения уверенного приема нужна настроенная антенна

с выходным сопротивлением 75 Ом.

Чувствительность приемника 15 мкВ обеспечивается усилением

следующих ИМС: К174ПС1 (УРЧ, смеситель 1, смеситель 2); К174ХА2

(УПЧ, детектор); К174УН4 (УНЧ).

Селективность по зеркальному каналу обеспечивается

преселектором за счет двойного преобразования частоты, т.е. входной

цепью и УРЧ составляет 62 дБ.

Селективность по соседнему каналу обеспечивается частично

преселектором и в тракте промежуточной частоты ФСС не менее 60дБ.

Селективность по каналу прямого прохождения обеспечивается

преселектором и составляет не менее 60 дБ.

Приемник обеспечивает требуемый динамический диапазон на

выходе при динамическом диапазоне на входе 50 дБ.

Диапазон звуковых частот не менее 0.3 – 3.4 кГц.


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 29

Лист


Суммарный коэффициент гармоник не более 2.1%. Частотный

детектор вносит – 1 %, стерео декодер - 0.08 %, усилитель звуковой

частоты - 1 %.

Выходная мощность не менее 2*1 Вт (Rн 4 Ом) обеспечено за

счёт усилителя звуковой частоты на микросхеме К174УН4.

Питание приемника от сети 9В.

Литература

1. Устройства приёма и обработки сигналов: Методические указания к

курсовому проектированию для студентов IV-V курсов факультета РЭФ

дневного и заочного отделений / А. С. Кучеров, А. Н. Романов –

Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005 г.

2. Устройства приёма и обработки сигналов: Методические указания к

курсовому проектированию для студентов IV-V курсов факультета РЭФ

(специальности 210302 – Радиотехника)/ А.Н. Романов, И.С. Савиных.

3. Проектирование радиоприёмных устройств /Под ред. А.П. Сиверса. -

М.: Сов. радио, 1976.

5. Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой

радиоаппаратуры: Справочник – 2-е изд. – М.: Изд-во МЭИ, 1993.


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 30

Лист


Приложение 1

ИМС К174ПС1

Микросхема представляет собой двойной балансный смеситель

(преобразователь частоты) для работы в радиоприемных устройствах

КВ м УКВ. Выпускается в корпусе типа 201.14–1. (DIP - 14).

Назначение выводов: 1,4,6,9,14 – земля; 2,3 – выход ПЧ; 5 –

напряжение питания (+Uип); 7,8 – вход опорного напряжения; 10,12 –

коррекция; 11,13 – вход.

Электрические параметры при 25±10°С и Uи,п.=9 В

Ток потребления Iпот мА, не более___________________________2.5

Крутизна преобразования Sпрб А/В, не менее________________4,5

Коэффициент шума Кш, дБ, не более_________________________8

Верхняя граничная частота входного и опорного напряжения fгр МГц,

не менее_______________________________________________200

Предельные эксплуатационные параметры ИМС К174ПС1

Напряжение питания Uип, В: минимальное____________________4

максимальное________________________15

Входное Uвх и опорное Um напряжения, не более______________1

Входная емкость Свх, пФ, не более___________________________10

Входное сопротивление Rвх, Ом, не менее_____________________375


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 31

Лист


Выходная емкость Свх, пФ, не более__________________________5

Выходное сопротивление Rвх, Ом, не менее___________________750

Типовая схема включения К174ПС1рекомендуемая в [5] приведена на

рис. 4

Рис П 1.1. Типовая схема включения К174ПС1в качестве резонансного

УРЧ.

Типовая схема включения К174ПС1 в качестве смесителя и

гетеродина рекомендуемая в [5] приведена на следующем рисунке:7


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 32

Лист


Рис. П 1.2 Типовая схема смесителя и гетеродина на основе К174ПС1.

Рис.П.1.3 Принципиальная схема ИМС К174ПС1


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 33

Лист



ИМС К174ХА2

Предназначена для работы в радиовещательных приемниках АМ

сигналов третьей группы сложности, но может также использоваться и в

радиовещательных приемниках второй группы сложности с внешним

гетеродином, что дает повышенную устойчивость к перекрестной помехе.

ИМС содержит усилитель сигналов радиочастоты А1 с системой АРУ А2,

смеситель UZ1, усилитель промежуточной частоты А4 с системой АРУ А5,

гетеродин G1 и стабилизатор А3.

Параметры ИМС К174ХА2

- напряжения питания………………………………9 В

- ток потребления…………………………………...16 мА;

- чувствительность при Uвых.пч=60 мВ………….20 мкВ;

- частота входного сигнала ………………………..0,15…30 МГц;

- входное сопротивления УРЧ……………………..3 кОм;

- входная емкость УРЧ……………………………..10 пФ;

- крутизна преобразования смесителя…………….30 мА/В;

- выходное сопротивления смесителя……………..30 кОм;

- выходная емкость смесителя……………………..15 пф;

- входное сопротивления УПЧ…………………….3 кОм;

- коэффициент шума УРЧ…………………………..6 дБ;

- глубина регулировки АРУ для УРЧ………………40дБ;

- глубина регулировки АРУ для ПЧ………………...60дБ;

- выходное сопротивление УПЧ…………………….60 кОм;

- диапазон рабочих температур……………………...-10С…+60С


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 34

Лист


Рисунок П2.1 – Структурная схема ИМС К174ХА2

Условные обозначения на рисунке 2.3:

А1- усилитель радиочастоты (УРЧ);

А2- система АРУ;

А3- стабилизатор напряжения;

А4- усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

А5- система АРУ;

G1-гетеродин;

UZ1- смеситель.


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 35

Лист



ИМС К174УН4

Рис. 3.6. Принципиальная схема

.

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания 9 В

Ток потребления не более 10мА

Коэффициент усиления по напряжению 4…40

Выходная мощность 1 Вт

Коэффициент гармоник 2%

Полоса пропускания 30 Гц…20 кГц

Входное сопротивление не менее 10 кОм

Коэффициент полезного действия 50%

Предельные эксплуатационные данные:

Максимальное напряжение питания 9.9 В

Максимальное амплитудное значение тока нагрузки 860 мА

Минимальное сопротивление нагрузки 3,2 Ом

Максимальная рассеиваемая мощность 2 Вт

Температура окружающей среды -25…+55 С

Температура кристалла не более +125 С


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 36

Лист


Схема включение приведена на рис. 3.7:

Рис. 3.7. Схема включения.


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 37

Лист



Схема электрическая принципиальная


Крыгин А.С.

НГТУ.03.1705.000 ПЗ 38

Лист


Documents

Пояснительная записка к курсовой работе УПОС