Портативный радиоприёмник средних волн

Министерство образования РФ

Санкт-Петербургский ГосударственныйУниверситет Аэрокосмического Приборостроения (СПб ГУАП)

Кафедра «Кафедра радиотехнических систем» № 23

«Портативный радиоприёмник средних волн»

 Пояснительная записка к курсовой работепо дисциплине:

“Устройства приема и обработки сигналов ”

Работу выполнил

студент гр. 5905

Добросоцкий Антон

Александрович

С.-Петербург

2004 г.

Содержание.

МинистерствоОбразования Российской Федерации.

Санкт-ПетербургскийУниверситет Аэрокосмического Приборостроения.

Факультет № 5                                                                                                       Кафедра№ 22

ЗАДАНИЕ №___________

на курсовой проект(работу) по радиоприёмным устройствам

Тема «Портативный радиоприёмник средних волн»

Выдано студенту Добросоцкому А.А.         группа № 5905

Срок выполнения  декабрь 2004 г.

1. Технические условия.

1.1.  Характеристики принимаемыхсигналов.

1.Рабочая частота (диапазон принимаемых частот) 520…1605 кГц

2.Вид модуляции принимаемого сигнала: используется АМ

3.Параметры модуляции

4.Ширина спектра модуляции

1.2.  Качественные характеристикиприёмника.

1.Чувствительность приёмника при соотношении сигнал/шум не менее 20 дБ составляет0,3 мВ/м

3.Схема приёмника

4. Избирательностьпо соседнему каналу  55 дБ 

5. Избирательностьпо зеркальному каналу 40 дБ

6.Коэффициент прямоугольности частотной характеристики

7.Промежуточная частота  465 кГц

8.Полоса пропускания 

9.Динамический диапазон входных сигналов    дБ

10.Динамическийдиапазон выходных сигналов    дБ

11. Выходное устройство

12. Выходное напряжение (мощность) 0,3 Вт.

13. Параметры выходного устройства  

14. Суммарная нестабильность частоты радиолинии 

15. Погрешность АПЧ

16. Тип УВЧ

17. Схема смесителя

19. Система АПЧ

20. Вид амплитудной характеристики

21. Тип автоматической регулировки усиления

22. Диапазон рабочих температур 

2. Содержание проекта (работы).

1. Определение (расчёт) основных характеристик приёмника.

2. Выбор и обоснование структурной схемы приёмника.

3. Обоснование и составление функциональной схемы.

4. Выбор и технико-экономическое обоснование конкретныхтипов усилительных приборов.

5. Обоснование и составление принципиальной схемы.

6. Электрический расчёт элементов принципиальной схемы.

7. Определение и проверка качественных показателей приёмника(с расчётом их на ЭВМ по указанию преподавателя)

8. Разработать конструкцию основных узлов приёмника (поуказанию преподавателя)

9. Рассчитать укрупнённую себестоимость приёмника.

3. Чертежи.

1. Принципиальная (функциональная) схема.

2. Конструкция ВЧ блока (блок УПЧ)

3. Общий вид приёмника.

4. Монтажная схема.

4. Рекомендуемаялитература.

1. Кульский А.Л. «КВ-Приёмник мирового уровня», изд. «Наукаи Техника», 2000г.

2. Екимов В.Д. «Расчёт и конструирование транзисторногорадиоприёмника», изд. «Связь», 1972г.

3. Д.Дэвис, Д.Карр « Карманный справочник радиоинженера»

4.«Проектирование радиоприёмных устройств», под. ред. Сиверса А.П., Сов.Радио1976г.

Датавыдачи  «____» ___________________  20 ___ г.

Введение.

Немного о радиовещательном диапазоне.

Средниеволны.

  Имеют достаточную дифракцию, чтобы обеспечиватьуверенный (бестеневой) прием в среднепересеченной местности, и в условияхжелезобетонной многоэтажной городской застройки. В горных условиях образуютзначительные теневые зоны, особенно в своей коротковолновой части. В ночноевремя могут распространяться на очень большие расстояния благодаря отражению вионосфере. Днем пригодны только для местного вещания. В силу спектральнойспецифики промышленных помех, качество звучания на средневолновом диапазоне вгородских условиях невысоко и может удовлетворять лишь разговорныерадиостанции. В сельской местности качество звучания средневолновыхрадиостанций вполне пригодно для прослушивания музыкальных программ по первойкатегории качества и ограничивается лишь атмосферными помехами - летом, при грозовыхразрядах прием затруднен. Дальность распространения прямой волны в дневноевремя (без учета ионосферного отражения) зависит от типа используемой антенны,поляризации, мощности передатчика и в среднем в два - три раза превышаетдальность прямой видимости, в основном, благодаря малому уровню помех вдали открупных городов. В ночное время происходит ослабление слышимости относительноблизких радиостанций, расположенных в радиусе 100 - 200 Км, и усиление дальнихрадиостанций - 600 - 1500 Км. Для радиостанций, находящихся от слушателя в зонепрямой видимости (до 50 Км), ослабления приема не происходит. Зимними ночами насредневолновом диапазоне можно с очень хорошим качеством принимать дальниерадиостанции.
  Использование этого свойства радиоволн средневолновогодиапазона позволило в США создать сеть высококачественного АМ радиовещания вдневное время, максимально уменьшив помехи от радиостанций, находящихся вдругих часовых поясах и работающих на тех же или близких частотах и наиболееплотно использовать частотный ресурс. Эти радиостанции так и называются -"радиостанции светлого времени". С восходом солнца в данной местностии, соответственно, с исчезновением условий ионосферного распространения, радиостанцияможет работать мощностью в несколько единиц или десятков киловатт обеспечиваяна расстоянии в 150 - 200 Км качественное вещание. С заходом солнца, ипоявлением возможности создавать радиопомехи своим излучением далеко запределами зоны прямого вещания, радиостанция снижает мощность излучения досотен, иногда десятков ватт, обеспечивая зону радиовещания лишь в пределахсвоего населенного пункта. С коммерческой точки зрения это оправдано, так какнаиболее эффективное рекламное время именно дневное, а вечером и ночью иногдабывает разумно вообще выключить радиопередатчик.
  Антенные системы средневолнового диапазона могутвыполняться относительно компактно для размещения в черте города, не имеющеговысотной железобетонной застройки. Но все же желательно радиоцентры этогодиапазона выносить за пределы городской черты. В средневолновом диапазоне нетребуется использования столь высоких мощностей радиопередатчиков, как вдлинноволновом. При грамотно спроектированных и построенных антенных системахвполне достаточно мощности 5 - 15 киловатт для обеспечения рентабельногокачественного радиовещания на большой промышленный регион или на несколькоблизлежащих городов, насчитывающих в общей сложности более одного миллионажителей. При меньшем количестве населения в зоне вещания средневолновойрадиостанции сложно говорить о ее рентабельности. Все-таки затраты насодержание радиоцентров этого диапазона достаточно высоки.

1. Определение (расчёт) основных характеристикприёмника.

В радиовещательных приёмниках установлены следующиедиапазоны частот:

- длинные волны 150 – 415 кГц;

- средние волны 520 – 1605 кГц;

- короткие волны 3,95 – 12,1 МГц.

В данной курсовой работе необходим диапазон среднихволн: 520 – 1605 кГц.

1. Расчёт диапазонов и поддиапазонов приёмника.

Коэффициент диапазона характеризуется отношением высшейкрайней частоты к нижней крайней частоте диапазона.

1. Найдём коэффициент диапазона:  Кд = Fмах / Fmin

     Кд = 1605 / 520 = 3,086.

2. Определим число необходимых поддиапазонов:

     Кпд = ⁿ√Кд                     гдеn-предполагаемое число поддиапазонов.

     Кпд = √Кд = √3,086 = 1,757

3. Определяем предварительное значение граничных частот поддиапазонов:

     I диапазон:

F1´мин = Fмин= 520 кГц;

F1´мах = F1´мин* Кпд = 520 * 1,757 = 913,48 кГц;

     II диапазон:

F2´мин = F1´мах= 913,48 кГц;

F2´мах = F2´мин* Кпд = 913,48*1,757 = 1605 кГц;

4. Необходимо, чтобы начало и конец каждого поддиапозонанесколько перекрывали конец и начало соседних поддиапозонов. Для получения«запаса перекрытия» необходимо каждую наименьшую частоту поддиапазонауменьшить, а наибольшую увеличить на

2 – 3% по сравнению со значениями, полученными в п. 3:

Вводим «запас перекрытия»:

     I диапозон:

F1мин = F1´мин/ 1,02 = 520/1,02 = 509,8 кГц;

F1мах = F1´мах* 1,02 = 913,48 * 1,02 = 913,75 кГц;

     II диапазон:

F2мин = F2´мин/ 1,02 = 913,48/1,02 = 895,57 кГц;

F2мах = F2´мах* 1,02 = 1605 *1,02 = 1637,1 кГц;

5. Находим окончательное значение коэффициента поддиапазона:

Кпд = F2мах / F2min = 1637,1/895,57 = 1,83

6. Выбираем промежуточную частоту fпр= 465 кГц.

2. Выбор и обоснование блок схемы

Рисунок 1.

На рисунке 1 представлена блок схема универсальногоприёмника.

В состав блок схемы входят:

- Входная цепь –

Входной цепью называется цепь, соединяющая антенну с первымусилительным или преобразовательным  каскадом приёмника. Входная цепь должнанаиболее полно передавать энергию сигнала из антенны в первый каскад приёмника,т.е. должна иметь по возможности больший коэффициент передачи по мощности.

- УРЧ -

УРЧ – это резонансный одноконтурный усилитель сфиксированной или переменной настройкой. Усилитель радиочастоты обеспечиваетусиление сигнала и в дальнейшем фильтрует от помех.

- Преобразователь –

Преобразователь служит для переноса спектра частот из однойобласти в другую без изменения характера модуляции. Преобразователь являетсячастью супергетеродинного приёмника. В результате преобразования получаетсяновое значение частоты f _пр,называемой промежуточной.

- УПЧ-

УПЧ – Усилитель промежуточной частоты предназначен дляусиления сигналов промежуточной частоты и обеспечения селективности пососеднему каналу.

- УНЧ –

Усилитель низкой частоты или усилитель мощности. Служит дляоконечного усиления сигнала.

Принцип работы блок схемы.

Сигнал поступает в приёмник с антенны. Приёмник снабжёнвнутренней и внешней антенной. Внешняя антенна работает в диапазоне УКВ ипредставляет собой телескопическую антенну. Внутренняя антенна рассчитана наработу в диапазонах СВ, ДВ  и КВ волн. Внутренняя антенна основана на магнитнойобмотке с ферритовом сердечником.

Усиление по промежуточной частоте также основана двумяканалами:

- каналом ЧМ

- каналом АМ с промежуточной частотой 465 МГц.

Каждый блок УПЧ оснащён полосовыми фильтрами. Благодарярезкому различию резонансных частот фильтров каждый из них резонирует лишь нату промежуточную частоту, на которую он настроен, при этом другой фильтр наработу каскадов не влияет.

При поступлении сигнала на вход приёмника, сигналусиливается и поступает на преобразователь АМ. Преобразованный сигналфильтруется и усиливается в схеме. После прохождения всех преобразований сигналдетектируется и поступает на усилитель УНЧ, с помощью которого мы можемвоспринять сигнал на слух.

3. Выбор и обоснование структурной схемы.

Обоснование структурной схемы включает в себя:

- выбор значения промежуточнойчастоты, избирательных систем тракта ПЧ и преселектора;

- выбор элемента настройки иобоснование способа настройки;

- выбор детектора приемника;

- выбор активных приборов (АП) ВЧтракта и проверку возможности удовлетворения требований ТЗ при выбраннойэлементной базе;

- выбор ИМС УЗЧ и типадинамической головки;

- выбор узлов схемы питанияприемника.

3.1. Выбор значения промежуточной частоты

Число преобразований частоты вприемнике и значение промежуточной частоты f_ПЧ выбирается, в первуюочередь, из условий обеспечения требований по ослаблению зеркального (σ_ЗК)и соседнего (σ_СК) каналов, а также с учетом других факторов. Впроектируемых приемниках эти требования обычно могут быть обеспечены прииспользовании одного преобразования частоты и стандартного значения f_ПЧ.В бытовой аппаратуре приняты следующие значения f_ПЧ:

- 465 кГц в радиовещательныхприемниках АМ сигналов (диапазоны ДВ, СВ, КВ);

- 10.7 МГц в радиовещательныхприемниках ЧМ сигналов (диапазон УКВ);

- 500 кГц в приемниках ОМ сигналов(диапазон КВ).

В данном случае для нашегоприёмника значение f_ПЧ=465 кГц.

 3.2. Выбор системы тракта ПЧ и преселектора.

Основную роль в формированиирезонансной характеристики приемника и обеспечении требований ТЗ по ослаблениюсоседнего канала играет тракт промежуточной частоты. Полоса пропусканияприемника (ΔF_ПР) приблизительно равна полосе пропускания трактаПЧ. Исключение составляют приемники ДВ и СВ диапазонов, где полоса пропусканияприемника оказывается более узкой, чем полоса пропускания тракта ПЧ.Значение ΔF_ПРопределяют следующим образом:

ΔF_ПР = ΔF_С + 2 (Δf_ПЕР+ Δf_ПР ),

где ΔF_С - полосачастот принимаемого сигнала; Δf_ПЕР иΔf_ПР -нестабильности частот передатчика и приемника.

Для АМ сигнала: ΔF_С= 2 F_В ;

ΔF_С = 2 F_В =2*4 = 8 кГц

3.3. Определение числа и типа избирательных системпреселектора

Число избирательных систем преселектора в каждом диапазонеопределяют исходя из заданного ослабления зеркального канала (σ_ЗК),которое должно обеспечиваться на максимальной частоте диапазона (f₀ =f_МАКС), т.е. в “худшей точке”.

Задаемся значением конструктивной (максимальной реализуемойна данной частоте) добротности контура преселектора Q_К.

Ориентировочные значения Q_К следующие:

в диапазоне

ДВ - от 40 до 60,

СВ - от 50 до 80,

КВ - от 80 до 180,

УКВ - от 60 до 120.

Выбираем значение Q_К = 100 для приёмников СВ.

Оцениваем значения добротности эквивалентного контура Q_КЭ= (0.6...0.8)Q_К и егополосы пропускания DF_КЭ= f₀ / Q_КЭ.

Q_КЭ = (0.6...0.8)Q_К =0,7*100 = 70

DF_КЭ = f₀ / Q_КЭ= 1605/70 = 22,9

Рассчитываем крутизну характеристики избирательностипреселектора (в децибелах на декаду), при которой будет обеспечено выполнениетребований ТЗ по ослаблению зеркального канала:

,

где 3 дБ - ослабление на границах полосы пропускания.

γпрес = (40-3)/ (3,27-1,36) = 19,37

Рассчитываем число колебательных контуров преселектора

m_ПРЕС =round ( g_ПРЕС / 20) ,

где round означает округление аргумента до ближайшегоцелого, превышающего аргумент; 20 дБ/дек - крутизна характеристикиизбирательности одного колебательного контура за пределами полосы пропускания.

m_ПРЕС =round ( g_ПРЕС / 20) = 19,37 / 20 = 1,709 = 1

При m_ПРЕС = 2 в преселекторе целесообразноиспользовать одноконтурное входное устройство и резонансный УРЧ, который помимодополнительного ослабления помех обеспечивает снижение коэффициента шумаприемника.

Приняв решение о числе колебательных контуров преселектора изначении их добротности, проверяем выполнение требования ТЗ по ослаблениюпомехи с частотой, равной промежуточной(s_ПЧ),на частоте диапазона (f₀),ближайшей к f_ПЧ:

s_ПЧ = m_{ПРЕС *} 10 _*lg (1 + x_ПЧ² ),

где x_ПЧ = Q_КЭ ( f_ПЧ / f₀- f₀ / f_ПЧ ).

x_ПЧ = Q_КЭ ( f_ПЧ / f₀ -f₀ / f_ПЧ )= 35 (465/1605 – 1605/465) = 70 (0,29 – 3,45) =- 221,2

s_ПЧ = m_{ПРЕС *} 10 _* lg (1 + x_ПЧ² )= 1*10* lg(1+12232,36) = 10 lg(12233,36)=10*4,68=46,8

Выяснили, что ТЗ выполняется.

3.4. Выбор блока переменных конденсаторов

Длянастройки транзисторных радиоприемников на волну принимаемой радиостанцииприменяются односекционные и двухсекционные блоки конден­саторов переменнойемкости (КПЕ) с воздушным и с твердым диэлектриком. В качестве диэлектрикаиспользуется пленка из фторопласта или полиэтилена. У большинства блоков КПЕ ствердым диэлектриком на крышке блока уста­новлены четыре подстроечныхконденсатора емкостью от 2—3 до 10—12 пф, которые используются вконтурах входной цепи и гетеродина диапазонов дв и св.

Некоторыеиз блоков КПЕ имеют встроенные в корпус шарико­вые верньеры, которыеобеспечивают замедление вращения оси роторов в 2,5—3 раза относительно секциипла­стин ротора. Первоначально блок переменных конденсаторов выбирают посправоч­никам радиодеталей, выпускаемых промышленностью, а также по дан­ным,приведенным в описаниях промышленных и любительских радиоприемников. Дляпредварительной ориентировки при выборе блока переменных конденсаторов егокрайние емкости следует брать в пределах, указанных в таблице1. При этомрекомен­дуется за исходную брать минимальную частоту диапазона или самого низ­кочастногоподдиапазона.

Таблица 1.

КПЕ с воздушным диэлектриком имеют лучшую температурнуюстабильность,

КПЕ с твердым диэлектриком обладают меньшими габаритами илучшей устойчивостью к механическим воздействиям.

Рисунок 2.

На рисунке 2 представленаэлектрическая схема входного емкостного контура, отвечающего за настройкурадиоприёмника на определённую частоту, так называемый «блок конденсаторов».

Расчёт блока конденсаторовначинается с расчёта крайних частот поддиапазонов с запасом.

F’max =1.02* Fmax =1.02*1605 = 1640 кГц

F’min =0.98* Fmin = 0.98*520 = 509.6кГц

Коэффициенты перекрытияподдиапазонов:

К’пд = F’max/F’min =1640 / 509,6 = 3,22

Эквивалентная ёмкость схемы прииспользовании конденсатора КПТМ-4(данные взяты из таблицы 2):

Смах = 260 пф ; Сmin = 5 пф ;

Сэ = (Смах- К’пд ² * Сmin) / (К’пд ² -1) = (260 – 3,22 ² * 5) /(3,22 ² – 1) =

= (260-10,37*5) / (10,37 – 1) = 208 / 9,37 =  22,2 пф  

Так как Сэ>0, определяем действительную ёмкость схемы дляконтура входной цепи:

С сх = См + СL

где См – ёмкость монтажа;

       СL –собственная ёмкость катушки контура, данные берутся согласно таблице 3;

ОРИЕНТИРОВАЧНЫЕ ЁМКОСТИ МОНТАЖА И КАТУШЕК

3.6. Выборактивных приборов ВЧ тракта и распределение усиления по каскадам

Определение требуемого усиления ВЧ тракта:

Исходными величинами для расчета требуемого коэффициентаусиления ВЧ тракта являются заданное в ТЗ значение чувствительности по полю E_А[мкВ/м] и выбранное напряжение на входе детектора U_{ВХ Д}. Сучетом производственного разброса параметров и старения элементов необходиморассчитать

U_А0 = E_А0* h_ДА ,

где h_ДА - действующая высота антенны. Для обычноиспользуемых ферритовых антенн h_ДА в диапазоне СВ - 5...15 мм.Действующая высота штыревой антенны приблизительно равна половине еегеометрической длины.

U_А0= E_{А0 *} h_ДА = 0,3 *0,01 = 0,003 мВ = 3 мкВ

С учетом производственного разброса параметров и старенияэлементов необходимо обеспечить

K_{0 ТРЕБ} > (2...3) U_ВХД / U_А0 .

Т.е. K_0ТРЕБ > 2,5 * 0,8 / 3*10 ^-6

Каскады ВЧ тракта (ВхУ, УРЧ, ПрЧ, ФСИ, УПЧ) должны всовокупности обеспечить усиление не менее K_{0 ТРЕБ}, то естьнеобходимо иметь:

K_{0 вх *} K_{0 урч *} K_{0 пр *} K_{0ф *} K_{0 упч} ≥ K_0треб .

3.7. Оценкакоэффициента передачи входного устройства

Значение K_{0 ВХ} существенно зависит от типапервого активного прибора (АП1). При использовании биполярного транзистораколебательный контур входного устройства подключается ко входу транзисторачастично с коэффициентом включения приблизительно 0.1...0.3. Ориентировочныезначения K_{0 ВХ} при использовании в качестве АП1 биполярноготранзистора приведены в табл.4.

Таблица 4.

К затвору полевого транзистора контур входного устройства,как правило, может быть подключен полностью, поэтому K_{0 ВХ} будет внесколько раз больше.

Примем значения K_{0 ВХ} согласно таблице равным 5.

K_{0 ВХ} = 5.

3.8. Определениетипа, параметров и числа избирательных

систем,настроенных на промежуточную частоту.

Одной из особенностей современных транзисторных приёмниковявляется широкое применение в них пьезокерамических фильтров сосредоточеннойселекции (ФСС). Они обеспечивают высокую избирательность по соседнему каналу,имеют небольшие размеры, малый вес и постоянство частоты настройки. Длянормальной работы ФСС необходимо согласовывать с выходом ПЧ и входом УПЧ.

Ослабление на краях полосы пропускания σпу

 σпу = σп – σп мах =10 - 2 = 8 дБ

где σп – ослаблениена краях полосы ВЧ тракта приёмника (= 10 дБ); σп мах – ослабление на краях полосы пропускания трактарадиочастоты (= 2 дБ).

Избирательность по соседнему каналу тракта УПЧ  σсу

σсу = σс – σс мin = 80 - 0 = 80 дБ

где σс –избирательность по соседнему каналу (= 80 дБ); σс мin – избирательность по соседнемуканалу тракта радиочастоты (= 0 дБ)

Выбираем ФСС электромеханического типа ЭМФП-5-465-9 соследующими параметрами:

f0 = 465 кГц;

П = 8,4 …9,6 кГц;

σфс = 34 дБ;   

σфп = 4 дБ;

σф0 = 7 дБ;

номинальные значения нагрузочных сопротивлений

Rвх =1 кОм; Rвых = 10кОм;

номинальные ёмкости на входе и выходе

Свх = 300 пф; С вых = 2200 пф;

Рисунок 4

Для согласования УПЧ с детектором применим широкополосныйконтур nпр = 1.Параметры контура:

σпш = σпу – σфп =8 – 4 = 4 дБ

σсш = σсу – σфс =80 – 34 = 38 дБ

αп = 0,8 –расчётный коэффициент;

Определим ширину расчётной полосы ФСС:

Пр = П / αп = 8 /0,8 = 10 кГц

Определим необходимую добротность контуров:

Определим величину относительной расстройки для соседнегоканала:

а) на краях полосы пропускания

αn = П/Пр = 8/10 = 0,8

б) для соседнего канала

αс = (2*Δfс)/Пр =20/10 = 2

Определяем величину обобщённого затухания:

σп1 = 1 дБ

σс1 = 12 дБ

Число звеньев ФСС необходимый для обеспеченияизбирательности по соседнему каналу.

n_и = σфс/σс1 =34 / 12 = 2,8 = 3

Определяем число звеньев ФСС обеспечивающее заданноеослабление на краях полосы:

n_п = σфп/σп1 =4 / 1 = 4

n_ф = n_и= 3

Определяем ослабление на краях полосы пропускания УПЧ:

σпш = n_ф* n_п1 = 3*1=3дБ

Избирательность по соседнему каналу

σс = n_ф* σс1= 3*12= 36дБ

3.9. Выборактивного прибора УРЧ и оценка коэффициента передачи УРЧ

Каскады УРЧ выполняют, как правило, на дискретныхтранзисторах. В УРЧ находят применение как биполярные (БТ), так и полевые (ПТ)транзисторы. Биполярные транзисторы обладают большей проводимостью прямойпередачи (y₂₁) и работают при небольшом потребляемом токе (1...2мА).

Полевые транзисторы работают при токе 5...10 мА и имеют небольшиезначения y21. Высокое входное сопротивление ПТ позволяет сильнее связывать егос контуром ВхУ, получая при этом большие значения K0вх.

В результате К0 прес =К0 вх * К0урч оказывается достаточным для обеспечения нормальной работы преобразователячастоты. Основное преимущество ПТ в существенно лучших параметрахмногосигнальной избирательности, определяемых отношением y₂₁^///y₂₁.

Конкретный тип транзистора УРЧ выбирают из следующихсоображений:

   1. В пределах диапазонарабочих частот модуль проводимости прямой передачи (y₂₁) долженоставаться приблизительно постоянным.

   2. Коэффициент шуматранзистора должен быть по возможности малым.

   3. Коэффициент устойчивогоусиления на высшей рабочей частоте (K_{0 УСТ}) и предельный коэффициентусиления (K_{0 ПРЕД}), рассчитанные по выражениям (1) и (2), желательноиметь как можно больше.

                                                  (1)

                                                      (2)

гдеy₁₂ = wС₁₂

Таблица 5

Вычислим коэффициент устойчивого усиления транзистора ГТ310Б, принятого киспользованию в УВЧ:

Тогда коэффициент преселекторабудет равен К0 прес = К0 вх * К0урч = 0,8 * 28 = 22

3.10. Выборактивного прибора и оценка коэффициента

передачипреобразователя частоты

Лучшей из отечественных ИМС дляпостроения преобразователя частоты является ИМС К174ПС1 (зарубежные аналогиTCA240 и U5010A). Ее принципиальная схема и параметры приведены ниже (рис.5 итабл.6 и 7.)

ИМС К174ПС1

Схемапринципиальная электрическая

Рисунок 5

ПараметрыИМС:

Таблица 6

Таблица 7 

Сигнал от входного устройства илиУРЧ подают между выводами 7 и 8 ИМС, при этом один из них может быть “заземлен“по переменному току через блокировочный конденсатор.

Схема допускает построениепреобразователя частоты либо с совмещенным гетеродином на транзисторах,входящих в ИМС, либо с внешним гетеродином.

При работе от отдельного гетеродинаего напряжение подается между выводами 11 и 13 ИМС (базы нижних транзисторов,которые в этом случае выполняют функции генераторов тока, управляемыхнапряжением гетеродина). При этом выводы 10 и 12 ИМС (эмиттеры этихтранзисторов) соединяют непосредственно, либо через небольшое сопротивление.

При подсоединении к выводам ИМСвнешних элементов необходимо следить за тем, чтобы по постоянному току выводыне были соединены с источником постороннего постоянного напряжения, либо скорпусом.

В зависимости от способаподключения согласующего контура (СК) к выходу ИМС реализуется либо балансная,либо кольцевая схема преобразователя частоты. В первом случае СК подключеннесимметрично либо к выводу 2, либо к выводу 3 ИМС. Во втором случае СКподключен симметрично между выводами 2 и 3 ИМС.

Несимметричное подключение СК кИМС позволяет включить в свободный вывод еще один СК, настроенный на f_ПЧ АМтракта, либо на f_ПЧ ЧМ тракта. В первом случае снимаемое с этогоконтура напряжение можно подать на отдельный детектор АРУ для УРЧ. Второйвариант позволяет иметь один преобразователь частоты для всех диапазоновприемника.

Параметры ИМС в режиме преобразованиячастоты приведены в таблице7. При построении преобразователя частоты на ИМСК174ПС1 обычно не возникает проблем с получением нужного коэффициента усиления.На этапе эскизного расчета рекомендуется принять коэффициент передачипреобразователя частоты K_{0 ПР} = 20...30 при работе в диапазонах ДВ,СВ и КВ и K_{0 ПР} = 4...6 при работе в диапазоне УКВ.

Таким образом из вышеописанныхобоснований получим следующую структурную схему приёмника:

Рисунок 6

Структурная схема приёмника состоит из:

- антенна внутренняя с ферритовым сердечником;

- входная цепь, в которую входит блок конденсаторов;

- усилитель радиочастоты;

- преобразователь частоты;

- гетеродин;

- фильтр сосредоточенной селекции;

- усилитель промежуточной частоты;

- детектор;

- усилитель звуковой частоты;

4. Выбор и обоснование принципиальной

электрической схемы.

4.1. Расчёт контура входной цепи:

Рисунок 7

- Определяется индуктивность катушки контура

L=2530 / (509.6*10³) ²*22.2*10 ^-9=226 мкгн

- Выбираем тип подстроечного конденсатора, исходя из:

Сп ср ≤ Сдоб

Сдоб = 7,2 пф → Сп ср = 6 пф

- Определяем ёмкость уравнительного конденсатора

Су = Сдоб – Сп ср = 7,2 – 6 = 1,2 пф

Так как Су < 0,5Сп ср т.е. 1,2 < 3, то уравнительныйконденсатор не ставится.

4.2. Расчёт усилителей радиочастоты и промежуточнойчастоты.

Рисунок 8

Полный расчёт преобразователя частоты слагается из расчётаэлементов контура гетеродина и смесительной части.

Расчёт элементов контура гетеродина.

Расчёт элементов контура гетеродина производится из условийобеспечения сопряженной настройки контуров при помощи одной ручки.

Исходные данные:

- f min = 520 кгц; f max = 1605 кгц.

- f пр = 465 кгц;

- Индуктивность контура входной цепи и УВЧ L =  226 мкГн

Определим:

1. Индуктивность гетеродинного контура Lг;
2. Ёмкость конденсаторов.

Расчёт:

1. Выбираем переменный конденсатор и принимаем ёмкость схемы  равной значению Ссх для контуров входной цепи и УВЧ, значит С = Ссх =20 пф
2. Находим вспомогательный коэффициент

n = fпр/fср , где

fср = (fmax+fmin)/2 = (1605 +520)/2 = 1062,5

n = 465 / 1062,5 = 0,438

      3.    Определяем Смах = С к мах+Ссх, где С к мах = 260пф

С мах гет. = 260+20 = 280 пф

      4.    Определяем индуктивность контура гетеродина:

Lг = L*α , значение а= 0,6 (согласно справочным данным)

Lг = 226*0,6 = 135,6 мкГн

      5.   Определяем ёмкость последовательного конденсатора(согласно справочным данным) С= 500пф

      6.   Определяем ёмкость параллельного конденсатора (согласносправочным данным) С= 6 пф

4.3. Расчет смесительной части ПЧ.

Определяем коэффициенты включения фильтра:

m1= √R22/R =√110/20 = 2,35

m2= √Rвх2/R = √200/20= 3,11

Т.к. m1>1, то примем значение m1=1 и установим на вход ФСС дополнительный шунтирующийрезистор Rш = (R*R22)/(R22 – R)= (20*110)/(110-20)=24 Ом.

Ёмкости звеньев фильтра

С1 = 159/fпр*R=159/0,465*20=17 пф

С2 = (318*10³ / Пр*R) –2*С1 = (318*10³ /22,9*20) – 2*17 = 0,69*10³- 34 ≈656 пф

С3 = 0,5*С2 – m1²*C22 = 0.5*656 – 11,8*5,5 = 328 – 64,9 ≈ 263 пф

С4 = 0,5*С2 – m2²*Cвх = 345 – 250 = 78 пф

Индуктивность звеньев фильтра

L1 = Пр*R /4*π* fпр² = 22,9*20 /4*3,14*0,465² = 458 / 2,72 = 168,4 мкГн

L2 = 2*L1 = 168,4*2 = 336,8 мкГн

4.4. Расчёт схемы гетеродина.

Расчёт смесительной части:

4.1. Определяем параметры транзистора в режимепреобразования частоты.

Sпр = 0,3*S= 0.3*26 = 8 ма/в

Rвх пр = 2*R11= 2*3,8 = 7,6 кОм

Rвых пр = 2*R22= 2*110 = 220 кОм

Свых = С22 = 11,8 пф        Свх = С11=25,8 пф

4.2. Коэффициент шунтирования контура ψу = 0,91

4.3. Определяем конструктивное и эквивалентные затуханияширокополосного контура:

δк = ψ / Qэ = 0,91 / 18 =0,0505

δэ = 1 / Qэш = 1 / 18 = 0,0556

4.4. Определяем характеристическое сопротивление контура

ρ = 0,5*Rвых пр *( δэ –δк) = 0,5*220*(0,0051) = 0,561 кОм

4.5. Определяем коэффициент включения контура со стороныфильтра

m2 ≈ 1

4.6. Эквивалентная ёмкость схемы

Сэ = 159/0,465*0,561 = 611,5 пф

4.7. Ёмкость контура

С2 = Сэ – Свых пр = 611,5 – 11,8 = 599,7 ≈ 600 пф

4.8. Определяем действительную эквивалентную ёмкость схемы:

С’э = С2 + Свых пр = 600 + 11,8 =611,8 =612 пф

4.9. Индуктивность контура:

L4 = (2,53*10⁴)/(0,465²*612)= 25300/132 = 192 мкГн

4.10. Действительное характеристическое сопротивлениеконтура:

ρ’ = 159/0,465*С’э = 159 / 0,465*612 = 159/284,58 =0,558 кОм

4.11. Резонансный коэффициент преобразователя:

Ко = (8*0,558*18*0,1) / 4 = 2

4.12. Индуктивность катушки связи с фильтром, приняв kсв =0,4:

L5 = L4*(m2²/ k²св) =192*(0,01/0,16) = 12 мкГн

Расчёт гетеродинной части.

4.13. Частоту гетеродина принимаем выше частоты сигнала.

fср = (f’мах+f’min)/2 = (1605+520) / 2 = 1062,5кГц

4.14. Эквивалентная ёмкость переменного конденсатора на fср:

Сэ ср = (Сэ мах + Сэ мин) / 2 = (5+260)/2 = 132,5 пф

4.15. Индуктивность контура гетеродина

fг ср = fср+ fпр = 1,0625 + 0,465 = 1,5275 Мгц

L2 = (2,53*10⁴) / fг² ср*Сэ ср = 25300 / 2,33*132,5 = 81,9 ≈82 мкГн

4.16. Величину стабилизирующую эммитерный ток примем равной R7 = 1 кОм

4.17. Полное сопротивление контура гетеродина при резонансена максимальной частоте:

R ос мах = (Qк*10³)/ 2*π* f’мах* Сэ мин = 10⁵ /6,28*1,605*5 = 2 Мом

4.18. Определяем коэффициент связи с колебательным контуром:

m = 0.0482

4.19. Определяем величины емкостей контура на максимальнойчастоте поддиапозона:

а) вспомогательные ёмкости:

С1 = 15 пф

С2 = (Сэ мин*(1+ kсв)) / m =5*(1+0,4) / 0,0482 = 107,88 пф ≈ 110 пф

С3 = (Сэ мин*(1+ kсв)) / (m* kсв) =5*(1+0,4) / 0,0482*0,4 = 26,9 пф ≈ 30 пф

С’1 = (С2*С3) / (С2+С3) = 3300/140 =23,57 ≈ 25 пф

б) действительные ёмкости контура:

С9 = С2 – С22 = 110 – 11,8 = 98,2 пф ≈ 100 пф

С10 = С3 – С11 = 30 – 25,8 = 4,2 пф ≈ 5 пф

С11 = (С1*С’1) / (С’1-C1) = 15*25 /25-15 = 37,5 пф

4.20 Задавшись  коэффициентов связи между катушками L2 и L3, m₃= 0,1 и kтк = 0,3 получим:

L3 = L2*m²₃ / k²тк = 82 * 0,01/0,09 = 9,11 мкГн

4.5. Расчёт детектора АМ сигнала.

Исходными данными для расчёта всех детекторов является:

- значение промежуточной частоты fпч= 465 кгц

- значения нижней и верхней частот модуляции

- допустимые амплитудные искажения на нижних и верхнихчастотах модуляции Мн=Мв=1,1..1,2

- входное сопротивление (R _{вх узч}) и ёмкость выбранной ИМС УЗЧ (С вхузч = 25 пф)

Определяем сопротивление нагрузки:

Rн = 2*0,3*4,6 = 2,76 кОм

Рисунок 10.

Определим значения R1 и R2 по графику на рисунке 10.

Получаем R2 = 1,4 кОм. примем как =1,2 кОм

Определяем R1 = Rн– R2 = 2,76 – 1,2 = 1,56 кОм ≈ 1,5 кОм

Общее сопротивление нагрузки переменному току

Rн = R1 + (R2*Rвх н)  /(R2+Rвх н) = 1,5+0,79 = 2,3 кОм

Сопротивление нагрузки постоянному току:

Rн = R1+R2 = 1,5+1,2 = 2,7 кОм

Величина эквивалентной ёмкости шунтирующей нагрузкудетектора

Сэ = (2,4*10⁵) / (4*2,7) = 14,8*10³ пф

Величина ёмкости С2, обеспечивающая фильтрацию напромежуточной частоте

С2 = (0,8*10³) / (fпр*R₂) = 1,43*10³ пф

принимаем С₂ = 6800 пф.

На рис.11 представленаэлектрическая схема возможного построения тракта УПЧ на специализированных ИМС,в которых предусмотрена АРУ УПЧ. К таким микросхемам относятся  ИМС серииК157ХА2  

Рисунок 11

ИМС содержит три каскада усиления сигналов и УПТ АРУ. Первыедва каскада идентичны, построены на дифференциальных парах транзисторов. Междуэмиттерами транзисторов встречно включены пары диодов, сопротивление которыхизменяется под действием напряжения, поступающего от УПТ АРУ. При изменениирегулирующего напряжения изменяется глубина обратной связи, что приводит кизменению коэффициента усиления УПЧ. Эффективность регулирования такова, чтопри изменении входного напряжения от 1 до 100 мВ выходное напряжение изменяетсяне более, чем в три раза.

Выходной нерегулируемый каскад имеет несимметричный выход 8,к которому подключается резонансная нагрузка. При подсоединении нагрузки надоследить, чтобы вывод 8 (коллектор транзистора V9) по постоянному току былсоединен с корпусом.

Входное сопротивление ИМС практически равнохарактеристическому сопротивлению выпускаемых промышленностью ПКФ(приблизительно 3 кОм), что позволяет подсоединить ПКФ непосредственно ко входуИМС без согласующего трансформатора или контура. Для обеспечения нормальногорежима работы каскада по постоянному и переменному токам выводы 2 и 3 должныбыть соединены с корпусом с помощью внешних конденсаторов.

4.6. Усилитель низкойчастоты.

Динамическая головкапроектируемого приемника выбирается из условия обеспечения номинальной выходноймощности и заданного диапазона воспроизводимых частот. Для УЗЧ следует выбратьИМС отечественного производства: К174УН7, К174УН8, К174УН9, К174УН15, КФ174УН17и т.п. или аналогичные схемы производства зарубежных фирм. Выбранная ИМС должнаобеспечивать номинальную выходную мощность не ниже указанной в ТЗ приминимально возможном токе покоя. Предпочтительны ИМС, не требующие большого числадополнительных элементов.

Вкаскаде УНЧ я взял микросхему ИМС К174УН4Б, которая представляет собой усилительмощности низкой частоты с номинальной выходной мощностью 1,5 Вт на нагрузке 4Ом. Как раз такая мощность задана мне для приемника. Микросхема состоит извходного каскада, согласующего каскада, каскада усиления напряжения и выходногокаскада.

Входнойкаскад выполнен по схеме дифференциального усилителя с несимметричным входом. Снего сигнал через эмиттерный повторитель на транзисторе поступает на усилительнапряжения и далее на квазикомплементарный выходной каскад, выполненный насоставных транзисторах. Начальное смещение на базах транзисторов выходногокаскада для работы в режиме АВ задается транзисторами. Входное напряжение,подводимое к микросхеме укладывается в ее характеристики. Так перемножаячувствительность 107 мкВ на усиления каскадов получим, что входное напряжениебудет равно U_{вх микр} =0,43 В.

Электрическиепараметры:

1.   Ток потребления I_пот. Не более 30 мА.

2.   Коэффициент усиления по напряжению 80 – 120.

3.   Коэффициент гармоник при P_вых =1,5 Втне более 11.

4.   Входное сопротивление R_вх =10 кОм.

5.   Полоса воспроизводимых частот от 30 Гц до 10 кГц.

6.   Выходная мощность P_вых = не менее 1,5Вт.

Предельныеэксплуатационные параметры:

1.         Напряжение питания не более 13,2 В.

2.         Входное напряжение не более 1 В.

3.         Сопротивление нагрузки не менее 3,2 Ом.

Рисунок 13.

На рисунке 13 приведена электрическая схема УНЧ на ИМСК174УН4Б.

Общая электрическая схема собрана в основном на ИМСотечественной разработки.

ПрЧ собран на основе микросхемы К174ПС1;

УПЧ собранно на микросхемах К157ХА2

УНЧ основан на ИМС К174УН4Б.

Все данные микросхемы имеют аналоги и по сей деньвыпускаются отечественной промышленностью. Питание всей схемы осуществляется отисточника постоянного напряжения = 9 ±0,3 В. Для обеспечения питания можновоспользоваться аккумуляторной батареей типа «Крона» или 4 пальчиковымибатареями. Также возможно подключение стационарного источника питания. 

Печатная плата, собранная по данной схеме, может иметьразмеры способные поместится в карманном приёмнике. Основную часть объёмаприёмника займёт динамик и магнитная антенна.

Литература.

1. Екимов В.Д. «Расчёт и конструирование транзисторного радиоприёмника», изд. «Связь», 1972г.
2. http://www.qrz.ru/shemes/contribute/constr/rw6hrm - радиоприёмник на микросхемах.
3. http://www.radiostation.ru/index.html - Радиовещательные технологии.