Выбор и обоснование структурной схемы приемника

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Свердловской области

«Уральский радиотехнический колледж им. А.С. Попова»

 

 

Приемник радиовещательный КВ диапазона.

 

Пояснительная записка к курсовому проекту

по предмету

«Радиоприёмные устройства»

 

 

РТ 210308 34012 ПЗ

 

 

 

 

 

 

Нормоконтроль:                                              Руководитель:                             

____________Рогов.Ю.А                                    ____________ Рогов.Ю.А

 

 

 «_____» ____________ 2012                                    «_____» ____________ 2012

 

 

 

                                       Выполнил:

 

               __________ Пыжьянов Д.А.

 

                       Группа  Рт-340

 

                                                                              «_____» ____________ 2012

 

 

 

2012г

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

1. Выбор и обоснование структурной схемы приемника…...………….……...6

1. Обоснование  выбора супергетеродинной схемы. Выбор промежуточной частоты……………………………………………...…...……..6

1.2. Выбор транзисторов и диодов…………………...………………..……......8

1.3 Распределение частотных искажений между трактами приемника…...…10

1.4 Эскизный расчет тракта приема…………………………………………….11

1.4.1 Расчет контуров преселектора и гетеродина…………………………….12

1.4.2 Выбор избирательной системы  преселектора (определение количества  контуров и их добротности, необходимость применения УРЧ)……………...14

1.4.3 Выбор схемы входной цепи  и УРЧ (при необходимости)………………16

1.4.4 Выбор избирательной системы  тракта промежуточной частоты……....17

1.4.5 Определение коэффициента усиления  тракта приема и распределение  его по функциональным узлам……………………………………..…………...19

1.5 Эскизный расчет тракта звуковой  частоты……………………………...…20

2. Выбор и обоснование схемы  электрической принципиальной……………23

3. Электрический расчет детектора……..……………………………………...25

4. Список литературы……………………………………………………………28

Приложение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Изобретение радиосвязи великим русским ученым А.С. Поповым в 1895 г. – одно из величайших открытий науки и техники.

В 1864 г. английский физик Максвелл теоретически доказал существование электромагнитных волн, предсказанное еще Фарадеем, а в 1888 г. немецкий ученый Герц экспериментально доказал существование этих волн. Опыт Герца состоял в том, что с помощью катушки Румкорфа в пространстве создавались слабые электромагнитные волны, воспринимаемые тут же расположенным «резонатором». Слабая искра в резонаторе свидетельствовала о приеме высокочастотных электромагнитных колебаний. Казалось, что принцип связи без проводов уже найден, стоит лишь увеличить мощность передающего устройства. Именно по этому пути и шли ученые, которые хотели использовать волны Герца для связи без проводов. Однако это не привело к существенным результатам.

Другим путем пошел А.С.Попов, обратив основное внимание на отыскание возможностей приема очень слабых сигналов, т.е. на повышение чувствительности приемника.

7 мая  1895 г. А.С.Попов на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в Петербурге демонстрировал прибор, принимающий электромагнитные колебания. Этот прибор был первым в мире радиоприемным устройством; к нему было добавлено регистрирующее устройство и создан грозоотметчик.

Радиоприемное устройство Попова отличалось от приемных устройств, предшествующих исследователей (Герца, Лоджа) двумя особенностями: наличием антенны и использованием усиления принятого сигнала.

В дальнейшем Попов значительно повысил чувствительность своего приемника, введя в схему своего радиоприемника колебательный контур, настраиваемый в резонанс с частотой электромагнитных колебаний.

В 1904 г. английский ученый Флеминг изобрел двухэлектродную лампу (диод), а в 1906 г. Ли де Форест ввел в нее третий электрод – управляющую сетку. Электронная лампа вызвала большие изменения в технике радиосвязи.

Дальнейшее развитие техники радиоприема было связано с усовершенствованием электронных ламп. С 1918г. стали применять так называемую регенеративную схему, которая позволила значительно повысить чувствительность и избирательность радиоприемников.

В 1918 г. Армстронг получил патент на схему супергетеродинного приемника. В начале 30-х годов были созданы многосеточные лампы, в связи, с чем супергетеродинные схемы становятся основными для большинства выпускаемых радиоприемников. В 60-е годы началось освоение инфракрасного и оптического диапазонов волн. Развитие радиолокационной техники привело к разработке новых методов усиления слабых электрических колебаний. Были созданы малошумящие усилители СВЧ с использованием ламп бегущей волны, молекулярные и параметрические усилители, усилители на туннельных диодах. Развитие полупроводниковой электроники привело к новому направлению в разработке методов и устройств приема и обработки информации – микроэлектронике. Успехи в развитии современной микроэлектроники позволяют значительно улучшить основные параметры радиоприемников. Замена целых функциональных узлов и блоков радиоприемника интегральными микросхемами, замена конденсаторов переменной емкости или варикапными матрицами позволяют использовать новые методы конструирования радиоприемников, как-то: синтез частот, бесшумная настройка, автоматическая регулировка полосы пропускания при изменении уровня входных сигналов, программное управление приемником и т.д.

Современные радиоприемные устройства обеспечивают надежную связь с космическими станциями, работают в системах спутниковой связи, в многокилометровых радиорелейных линиях. Судовождение, авиация немыслимы сегодня без совершенных радиолокационных станций.

Современная научно-техническая революция находит свое яркое выражение в бурном развитии радиотехники, в частности техники радиоприемных устройств.

 

 

В настоящее время широко распространились приемники супергетеродинного типа, так как их применение дало более качественный и стабильный прием. В связи с широким применением интегральных микросхем габариты приемников уменьшаются до немыслимо малых размеров.

 

 

 

 

 

 

1.Обоснованиевыбораструктурнойсхемыприемника.

1.1.Обоснование выбора супергетеродинной схемы. Выбор промежуточной частоты.

 

Существует два типа радиовещательных приемника, это приемник прямого усиления и приемник супергетеродинного типа. Приемник прямого усиления, в котором усиление и фильтрация сигнала осуществляется на частоте сигнала поступающего из эфира. В приемнике супергетеродинного типа у которого основное усиление и преобразование сигнала происходит на промежуточной частоте, получается в результате преобразование частоты принимаемого сигнала.

Рассмотрим достоинства и недостатки приемников, прямого и супергетеродинного типа.

Преимущество приёмника прямого усиления — простота конструкции,чем у приемника супергетеродинного типа. В приемнике супергетеродинного типа схема является сложной, а значит низкая надежность, существует возможность появления “фона”- сигнал соседних станций. В приемниках прямого усиления (в отличие от супергетеродинных) отличаются отсутствием паразитных излучений в эфир.

Схемеприемника супергетеродинного типапозволяетдостичьвысокуюизбирательность и чувствительность:

-высокая чувствительность. Супергетеродин позволяет получить большее усиление по сравнению с приёмником прямого усиления за счёт дополнительного усиления на промежуточной частоте, не приводящего к паразитной генерации: положительная обратная связь не возникает из-за того, что в каскадах ВЧ и ПЧ усиливаются разные частоты;

-высокая избирательность, обусловленная фильтрацией сигнала в канале ПЧ. Фильтр ПЧ можно изготовить со значительно более высокими параметрами, так как его не нужно перестраивать по частоте. Например, широко используют кварцевые, пьезокерамические и электромеханические фильтры сосредоточенной селекции. Они позволяют получить сколь угодно узкую полосу пропускания с очень большим подавлением сигналов за ее пределами;

В приемнике супергетеродинного типа за счет преобразования частоты принимаемого сигнала существенно снижаются “паразитные” обратные связи и повышается устойчивость.Супергетеродинная схема приемапредусматриваетпреобразование ВЧ радиосигнала, чтонетприемнике прямого усиления.

В радиовещательных АМ приемниках КВ диапазона наибольшее распространение получила промежуточная частота 465 кГц. Относительная

 

расстройка соседнего канала составляет уже около 1%. Это позволяет эффективно подавить соседние каналы относительно простыми, а значит и дешевыми цепями. Так как усиление производится на относительно низких частотах, можно достаточно простыми средствами получить высокое значение чувствительности. Кроме этого, на низких частотах снижаются требования к паразитным параметрам цепей устройства, можно использовать менее прецизионные элементы. Все вышеперечисленное позволяет как

ослабить технологические допуски при неизменном качестве, так и повысить качество при неизменной сложности технологии.

Усложнение схемы приемника - супергетеродина по сравнению с приемником прямого усиления может оказаться несущественным в случае использования интегральных схем, инкапсулирующих целые функциональные звенья или даже узлы.

 

Рис.1.Схема супергетеродинного типа

 

1-Преселектор                     5-Детектор

2-Смеситель                        6-тракт ВЧ

3-Гетеродин             

4-тракт ПЧ

1.2 Выбор транзистора и диода

Транзистор выбираем из условия (1)

<0,1                (1)

где - максимальная частота рабочего диапазона приёмника, МГц 

- граничная частота  коэффициента передачи тока, МГц

= 300 МГц , следовательно

= = = 300 МГц                                                                         (2)

Из условия (1) выбираем транзистор 2П341А, граничная частота которого  = 500 МГц.

Основные технические характеристики транзистора 2П341А:

-структура транзистора с p-n-переходом иn-каналом;

- -рассеиваемая мощность сток-исток 150 мВт;

- - напряжение отсечки транзистора, напряжение между затвором и истоком, не более 3 В;

- - максимальное напряжение сток-исток, 15В;

-- максимальное напряжение  затвор-сток, 15В;

- - максимальное напряжение затвор-исток, 10В;

- - начальный ток стока, не более 20 мА;

-S-крутизна характеристики 1530мА/В (5В);

-С11и- входная емкость транзистора - емкость между затвором и истоком, не более 5 пФ;

-С12и - емкость обратной связи в схеме с общим истоком при коротком замыкании на входе по переменному току, не более 1 пФ;

-С22и - выходная емкость транзистора, емкость между стоком и истоком, 1,6 пФ;

-Кш – коэффициент шума транзистора, не более 2,8 дБ на частоте 400 МГц

-fр – рабочая частота транзистора, 300 МГц

 

 

 

Выбираем диод Шоттки2Д419А, так как онимеет по сравнению с кремниевым диодами более низкий барьерный потенциал, что позволяет уменьшить коэффициент передачи тракта приема и повысить его линейность.

0,5                                                                  

где – пороговое напряжение открывания диода, В

 Основные технические характеристики  диода  2Д419А:

-=15 В - максимальное постоянное обратное напряжение;

-=10 мА– максимальный прямой ток;

-=400 МГц – рабочая частота диода;

-- постоянное прямое напряжение, не более 0,4 В при 1мкА;

-- постоянный обратный ток, не более 10 мкА при 15 В

-Сд – общая емкость, 15 пФ;

-= – крутизна характеристики диода, ;

-=15В- максимальное построечное напряжение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3: Распределение частотных искажений  между трактами радиоприемника.

Значение допустимых частотных искажений, заданное в исходных данных  коэффициентом М, должно быть распределено по всем трактам приёмника.

Частотные искажения на один контур преселектора для КВ диапазона:

Мпр= 0,5 дБ

Частотные искажения низкочастотной части приёмника задаем:

Мнч = 3 дБ

Из задания общие частотные искажения равны:

     М= 7,5 дБ 

Определим  частотные искажения в тракте ПЧ:

Мпч= М – Мпр – Мнч = 7,5-0,5-3=4 дБ

Мпч = 4 дБ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4: Эскизный расчет тракта приема.

1.4.1. Расчет контуров преселектора  и гетеродина.

Если Кf1,4 , то в качестве контуров преселектора выбираем обычный подстроечный контур, расчетная схема которой приведена на рис.1.

Рис.2. Схема электрическая расчетная контура преселектора.

Расширение заданного рабочего диапазона частот приемника.

f 'макс= 1,02*fмакс= 1,02*8МГц = 8.16МГц

f 'мин= 0,98*fмин= 0,98*5МГц = 4.9МГц(где fмакс - максимальная частота рабочего диапазона;

fмин - минимальная частота рабочего диапазона;

f 'макс - максимальная расширенная частота рабочего диапазона;

f 'мин - минимальная расширенная частота рабочего диапазона.  

=== 1,665306122

Выбираем =173 пФ

Определяем минимальную емкость

 

 пФ

Рассчитываем индуктивность контура преселектораL по формуле:

 мкГн

 

а) Определяем частоты сопряжения, в котором fг – fпр = , т.е.рассопряжение между частотой настройки контура преселектора и гетеродина равно нулю.

 

 

 

 МГц

 МГц