Устройства приёма-обработки сигналов УПОС

Техническоезадание.

Назначение радиовещательный

Диапазонпринимаемыхчастот, МГц 3,95 – 15,8

Чувствительность,мкВ 200

Ослаблениезеркального/соседнегоканала 12/34

Ослаблениепомехи напромежуточнойчастоте 30

Выходнаямощность, Вт 0,5

Полосапропускания,кГц 9,5

ЭффективностьАРУ, дБ (Uвх/Uвых) 26/12

Программаработы.

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

2. Анализтехническогозадания……...…………………………………………3

3. Разработкаструктурнойсхемы приемника…………………………………4

4. Разработкаи расчет принципиальнойсхемы приемника……………….6

5. Выборпромежуточнойчастоты(обоснование)……………………………9

6. Расчётвходных параметровмикросхемы………………………………….9

Сопряжениенастроек Входныхи Гетеродинныхконтуров...…………..15

Выборкерамическогофильтра………………………………..…………...18

7. ПараметрыМикросхемыК174ХА2………………………………………….19

8. Расчётнаясхема включенияМикросхемыК174ХА2…………………….23

9. Выводы.………………………………………….……………………………..24

1. Введение.

Задачейкурсовой работыявляется разработкарадиовещательногоприёмникакоротковолновогодиапазонарадиоволн,(диапазон: 3,95 –15,8 МГц; длины волн:76 – 19 метров)удовлетворяющеготребованиямтехническогозадания ипроектируемогос использованиемсовременнойэлементнойбазы.

Впроцессе разработкиструктурыприёмникасоставляетсяструктурнаясхема приёмника,определяютсяметоды обработкисигналов вприёмном тракте,анализируютсятребованияк избирательнымсвойствам,рассчитываютсятребованияк отдельнымэлементамструктурнойсхемы, определяютсяобщие качественныепоказателиприёмногоустройстваи разрабатываетсяпринципиальнаясхема радиоприёмника.

Программаработы построенаследующимобразом: первыетри разделарассматриваютзаданныехарактеристикирадиоприёмника,структуруприёмноготракта, обеспечивающегозаданные параметры.Далее на ихоснове выводятсяосновные требованияк построениюприёмноготракта.

2. Анализтехническогозадания.

Рассмотримосновныехарактеристикирадиоприёмниковкоротковолновогодиапазона,описанные втехническомзадании.

Чувствительность:

Возможностьприёмникаулавливатьслабые электромагнитныесигналы характеризуетсятаким параметромкак чувствительность.Существуетреальная имаксимальнаячувствительность:реальная определяетминимальныйуровень входногосигнала, прикотором обеспечиваетсястандартнаямощность призаданном отношениисигнал/шум навыходе радиоприёмника.Заданное отношениесигнал/шум длярадиоприёмниковАМ сигналовкоротковолновогодиапазонасоставляетвеличину неменее 6 dB.Чувствительностьприёмника (понапряжению)при наружнойантенне измеряетсяв микровольтах.Её величинакак бы обратнанапряжению:чем ниже напряжение,тем выше чувствительность.

Максимальнаячувствительностьрадиоприёмникатакже определяетсяминимальнымуровнем входногосигнала, но сусловием: примаксимальномусилении отношениесигнал/шум навыходе линейнойчасти приёмникадолжно бытьравно 0dB.

Всоответствиис техническимзаданиемчувствительностьразрабатываемогорадиоприёмникасоставляет200 мкВ.

Избирательность:

Избирательность– способностьприёмникавыделять полезныйсигнал из всегоэфира. Выделениеполезногосигнала осуществляетсяблагодаряразличию направленийприхода и поляризациив антенне, атакже различиючастот полезногосигнала и помехи.Частотнаяполоса пропусканияприёмникаопределяетсяпо уровню 0,707.

Избирательностьпоказываетво сколько разрезонансныйкоэффициентусиления начастоте настройкиприёмникабольше коэффициентаусиления надругих частотах.Для радиоприёмниковкоротковолновогодиапазонаизбирательностьнормируетсяпо зеркальному,соседнему исквозномуканалам.

Длязеркальногоканала расстройкамежду частотамиполезногосигнала и помехиравна удвоеннойпромежуточнойчастоте.

Частотасквозногоканала соответствуетпромежуточнойчастоте, накоторой осуществляетсяосновное усилениепринимаемогосигнала.

Всоответствиис техническимзаданиемизбирательностьпо зеркальномуканалу – 12dB,соседнемуканалу – 34dB.

Автоматическаярегулировкаусиления (АРУ):

АРУоцениваетсясоотношениемизменениянапряженияна входе и выходерадиоприёмника.Этот «механизм»используетсядля защиты отперегрузокусилительноготракта приперестройке(движении) приёмникаот источникаслабого сигналак источникусильного. ПодвоздействиемАРУ усилениетракта на приёмемощных сигналовпо достижениинекоторогоуровня автоматическиуменьшаетсяв такой пропорции,чтобы сигнална выходе оставалсяотносительнопостоянным(по уровнюнапряжения).Блок АРУ используетсяво всех радиовещательныхприёмниках.

Всоответствиис техническимзаданиемэффективностьАРУ 26/12dB.

Максимальнаянеискаженнаявыходная мощность:

Максимальнаянеискаженнаямощность навыходе – этомощность, котораяможет бытьполучена навыходе приёмникапри заданнойвеличине искажений.Величина еёзависит от видаусилительныхэлементов иправильностипостроенияоконечныхкаскадоврадиоприёмника.В соответствиис техническимзаданием выходнаямощность должнабыть равна 0,5Вт.

3. Разработкаструктурнойсхемы приемника

Сигналот приемнойантенны поступаетна вход приемникаи, в первую очередьподается наблок преселектора.В преселектореосуществляетсявыделениеспектра полезноговысокочастотногосигнала отопределенногоисточника,выбор которогопроизводитсяс помощью элементовперестройкиконтуровпреселектора.В преселектореосуществляетсятакже предварительноеусиление сигналаНеобходимоотметить, чтоот построенияблока преселекторазависят такиекачественныепоказателиприемника какизбирательностьпо зеркальномуи сквозномуканалам приемаи чувствительность.Избирательностьобеспечиваетсяза счет амплитудно-частотнойхарактеристики(АЧХ) входнойцепи (ВЦ) и резонансныхконтуров усилителявысокой частоты(УВЧ). Чувствительностьприемникаобеспечиваетсяприменениемв УВЧ активныхмалошумящихэлементов всочетании смаксимальновозможнымкоэффициентомпередачи входнойцепи в полосепропускания.Структураприемникаприведена нарис. 1.

Рис.1. Структурнаясхема радиоприемника.

С выходапреселекторасигнал поступаетна блок преобразованиячастоты (ПЧ), всостав котороговходят смеситель(СМ) и гетеродин.Здесь производитсяперенос спектрасигнала напромежуточнуючастоту (465 кГц).Основное требованиек этому блоку- низкий коэффициентшума, малыйкоэффициентнелинейныхискажений вполосе перестройкиприемника,постоянствопромежуточнойчастоты. Далеесигнал поступает

наусилительпромежуточнойчастоты (УПЧ).В УПЧ осуществляетсяосновноеусиление сигналав заданнойполосе частот,которая длякоротковолновыхприемниковпримерно равнаудвоеннойполосе пропусканияусилителянизкой частоты,т.е. - 2 кГц. Существуетдва вида схемобеспечениятребуемойполосы усиливаемыхчастот. УПЧ сраспределеннойизбирательностьюи УПЧ с сосредоточеннойизбирательностью.В настоящеевремя наибольшеераспространениеполучилисхемы УПЧ ссосредоточеннойизбирательностью,благодаряширокомуприменениюинтегральныхмикросхем,реализующихблок УПЧ ифильтровсосредоточеннойселекции (ФСС)на поверхностно-акустическихволнах (ПАВ) спьезокерамическимипреобразователями,образующимичастотноизбирательныемикроблоки(ЧИМ), которыепозволяютполучить оченьвысокую добротностьи высокий коэффициентпередачи вполосе пропускания.УПЧ. УПЧ характеризуетсятакими качественнымихарактеристикамикак номинальноезначениепромежуточнойчастоты, полосойпропускания,коэффициентомусиления,устойчивостьюработы, коэффициентомшума и линейностьюфазочастотнойхарактеристики(ФЧХ).

После усиления на промежуточной частоте принятый сигнал детектируетсяи усиливаетсяв усилителенизких частот.

4. Разработкаи расчет принципиальнойсхемы приемника

Длявыбора элементовпреселекторанеобходиморассчитатьследующиевеличины:Полосапропусканиялинейноготракта приемника:

П= П_с+ 2f_д+ П_нс,

гдеП_с–ширина полосычастот спектрапринимаемогосигнала – 9,5кГц,

f_д– возможноедоплеровскоесмещение частотыпринимаемогосигнала,

П_нс- запас полосы,требуемый дляучета нестабильностии неточностинастроекприемника.

Вданном случаедоплеровскоесмещение частотыf_дотсутствует,так как приемники источниксигнала неподвижныотносительнодруг друга.Пусть, суммарнаянестабильностьрадиолиниии погрешностьгетеродинасоставляетвеличину в 500Гц. Тогда:

П= 2 кГц + 500 Гц. = 2,5 кГц.

Шумоваяполоса П_шопределяетсяпо формуле:

П_ш=1,11,2a= 3 кГц.

Допустимыйкоэффициентшума приемникаможно определитьпо формуле:

N_дЕ²а /²_вх/(4kТ₀П_шR_а),

гдеЕ_а- реальнаячувствительность,заданная в видеЭДС сигналав антенне,_вх- минимальнодопустимоеотношениеэффективныхнапряженийсигнал/помехана входе приемника( пусть это отношениесоставляетвеличину _вх= 10 дБ.), k - постояннаяБольцмана, Т₀= 290° Кельвинов– стандартнаятемператураприемника, R_a- внутреннесопротивлениеприемнойантенны (R_a= 100 Ом). Тогда:

N_д[(1х10^-6)²/10] / [ 1,3810^-232903³100]= 83 (38 дБ.)

Следуетотметить, чтополученныйкоэффициентшума приемникане

особеннорегламентируетшумовые свойстваприемника.

Коэффициентшума приемникаN₀= N_Bц+ (N_p-1)/ K_рвц+ N_p2/К_рвцК_р+

гдеN_Bц,N_p,N_p2- коэффициентышума входнойцепи и усилительных

каскадовУВЧ, К_рвц,К_р- коэффициентпередачи мощностивходной цепии

коэффициентусиления первогокаскада УВЧ.

Таккак входнаяцепь пассивная,для нее N_вц= 1/ К_рвц,тогда формулу

длякоэффициенташума можнозаписать:

N₀=Np/К_рвц+(N_p2-1)/(К_рвцК_р)+

Реальноезначение дляК_рвц= 0,4 ....0,7, тогда дляобеспечениязаданнойчувствительностинет необходимостииспользоватьУВЧ с малым N_pи достаточнобольшим К_р.При достаточнобольшом К_росновное влияниена N₀оказываетпервое слагаемоев сумме, а надолю остальныхприходитсяпримерно9% от первого.Если задатьсяК_рвц- 0,5, тогда N_pУВЧ может бытьпорядка 2, чтовозможно.

Всупергетеродинныхприемникахчастотнаяизбирательностьопределяетсяослаблениемпо зеркальному,соседнему исквозномуканаламприема. В приемникахс одинарнымпреобразованиемчастоты ослаблениезеркальногоканала обеспечиваетпреселектори резонансныйУВЧ.Резонансныехарактеристикипреселектораи УВЧ должныбыть такими,чтобы линейныйтракт обладалполосой пропусканияне меньше заданной(2,5 кГц.). Процедураопределениясредств обеспеченияизбирательностизаключаетсяв следующем:

Выбираетсяэквивалентноезатуханиеконтуров преселекторадля приемниковкоротковолновогодиапазона волн d_эр= 0,006.... 0,01. Для обеспечениятребуемойизбирательностиконтура преселектораи УВЧ должныбыть высокодобротными,поэтому d_эp= 0,006. Далее определяетсяобобщеннаярасстройказеркальногоканала _зк

 _зк= 4(f_п/f_c)[(f_c-f_п)/(f_c-2f_п)]/d_эр,

где- промежуточнаячастота (465 кГц),- максимальнаячастота издиапазонапринимаемыхчастот (15,8 МГц.).Тогда:

 _зк= 446510³/15.810⁶[(15.8⁶- 46510³)/(15.8⁶– 246510³)]/ 0,006 =

=20,23 раз или 26,1 дБ.

Далее,по полученномузначению обобщеннойрасстройки
выбираетсясхема обеспечениятребуемойизбирательности.Так как к
приемникупредъявляютсядостаточноневысокиетребованияпо

чувствительностии необходимообеспечитьнизкую избирательность,то требуемомузначению _зк= 12 дБ будетсоответствоватьменьшее эквивалентноезатуханиеконтуровпреселектора,что соответствуетбольшейдобротностиконтура. Реализацияконтура с вдвоебольшей добротностьювполне возможна,так как в расчетеэквивалентноезатуханиечисленнохарактеризуетконтур со среднейдобротностью.Схемапреселекторапредставленнаяна рис. 2. Посколькуизбирательностьпозеркальномуканалу обеспечиваетсяне только входнойцепью, то долженбыть использованрезонансныйУВЧ, что несколькоусложнит конструкциюприемника.Данная схемаобеспечиваетодновременнонужнуюизбирательностьи чувствительность,кроме того,позволяетреализоватьсхему, в которойУВЧ состоитиз одного каскада.Каскадвходит в составинтегральноймикросхемыи охвачен цепьюАРУ. Правильностьтакого техническогорешения подтверждаютрезультатымоделированиявходной цепина прикладномпакете "ElectronicsWorkbench",приведенныев приложениик пояснительнойзаписке.

Входнаяцепь должнаобладать резонанснымкоэффициентомпередачине менее 0,5 иобладать достаточновысокой избирательностью.Даннымтребованиямудовлетворяетвходная цепьс емкостнойсвязью с антеннойи индуктивнойсвязью с первымкаскадом УВЧ.

Рис2. Преселектор.

Недостатокцепи данноготипа, заключающийсяв большойнеравномерностипараметровцепи по диапазону.Схема входнойцепи представленана рис. 3.

Рис.3. Схема входнойцепи с внешнеемкостнойсвязью с антеннойи индуктивнойсвязью с каскадомУВЧ.

5. Выборпромежуточнойчастоты (обоснование)

Длярасчёта промежуточнойчастоты КВ-приёмникарадиовещательноготипа целесообразнеевсего использовать частоту 465 килогерцпо причинетого, что даннаячастота являетсяРоссийскойобщепринятойпромежуточнойчастотой. Крометого, микросхемаК174ХА2 (её типовоевключение)рассчитаноименно на этучастоту.

Расчёт входныхпараметровмикросхемы

Таккак отношениемаксимальнойчастоты заданногодиапазона кминимальнойбольше 3 – следуетразбить весьдиапазон на2 поддиапазона,причём с увеличениммаксимальнойчастоты до 30,5МГц для достижениятребуемойполосы пропусканияв 9,5 кГц.

Дляпервого поддиапазона(3,95 – 11,1 МГц)

Возможныдва случая:

эквивалентантенны - активноесопротивление

Ra

эквивалентантенны - емкость(короткая штыреваяантенна) Ca=Cin.

Сучетом Cinпараметрынового эквивалентаопределяются

Ca1= Ca+Cin,

Dca1= Dca+Dci.

ВВОДИСХОДНЫХ ДАННЫХ:

Диапазончастот (в Мгц.) - fmin= 3.95

fmax= 11,1

Чувствительность(в мкв.) - Е = 200

Избирательностьпо зеркальномуканалу (dB.)- d= 12

Растянутыйдиапазон Т=1./нерастянутыйТ=2. Т = 2

/При ошибке вданных повторитеввод - " Esc",

дляпродолжениянажмите любуюдругую клавишу./

1.Определяемкоэффициентперекрытиядиапазона

Kd= N* fmax/ fmin= 2.95 и

полагаеммаксимальнуюконструктивноосуществимуюдобротность

Q= 150.

2.Находимнаименьшеезначение показателясвязи входнойцепи

транзисторас контуром-amin:

Введитепараметрывходного транзистора:

Активнаясоставляющаяпроводимости(в Мсим) - g11 = 0.33

иее относительноеизменение -dg11 = 0.1

Реактивнаясоставляющаяпроводимости(в Мсим) - b11 = 470

иее относительноеизменение -db11 = 10

Коэффициентшума (разы) - N = 1.3

Оцениваем

а).влияниеизмененияактивной составляющейпроводимости

транзисторана полосу a1=4.0*dg11-1= -0.600,

b).влияниеизмененияреактивнойсоставляющейпроводимости

db11транзисторана частотунастройки

a2=1.25*b11/g11*db11-1= 17802.030,

c).Задаемдопустимоезначение коэффициентарасширенияполосы

S= 1.25-2 и находимзначение a3,

а)Если эквивалентантенны - емкость a3=1/(S-1).

б)Если эквивалентантенны - сопротивление

a3=[3*SQRT(Kd* Kd* Kd)+s-1]/[Kd* Kd*(S-1)].

Выбираемтип антенны:

открытаяантенна -Ra

короткаяштыревая антенна- Ca= Cin R= 2.

Введитезначение (целое) R= 2

Введитеемкость антенны(в пф) - Ca= 80

еенестабильность(в пф) - Dca= 20

емкостьвхода (в пф) - Cin= 45

еенестабильность(в пф) - Dcin= 5

a3= 1.600.

amin= max(ai), i=1,2,3; amin = 17802.030 .

3.ВыбираемнастроечныйконденсаторCmin,Cmax,

удовлетворяющийусловию Cmax/Cmin> [3-6]*Kd*Kd, Kd= 2.95

иопределяемдля него значениенеравномерностиизменения

емкостинастройки суглом поворота- H.

Введитезначение H= 65

Дальнейшийрасчет схемыопределяетсязначениемвеличины

h0=Exp[Ln(0.9*H)/3]= 3.88196803832761E+0000

4.Случай Kd

Введите(в пф.) значениеCmin = 10

Введите(в пф.) значениеCmax = 600

4.1 Вычисляемзначения следующихемкостей:

C3= Cl+0.4*(Cmin+ Cm)= 11.0 пф,

C2=C~*(K2+SQRT(K2*K2+4*K2*Kk*C3/C~))/(2*Kk)= 967,7 пф.

где K2=Kd*Kd-1 = 7.723,

Kk=[1-SQRT(Kd*Kd*Kd/H)]*[SQRT(Kd*H)-1]= 4.762,

C~=Cmax-Cmin,

-полная емкость,включеннаяпоследовательнос конденсато-

ромнастройки.

C1= 0.5*b/a*{ SQRT[1+4*a*dd/(b*b)]-1} - Cmin = 25.0 пф,

где a = K2*(C2+Cl), Cl= 4 пф,

b =K2*[Cl*(2*C2+C~)+C2*(C2+C~)],

dd =C~*C2*C2-K2*Cl*C2*(C2+C~)

-полная емкость,включеннаяпараллельноконденсатору

настройки.

Ckmax= Cl+C2*(C1+Cmax)/(C1+C2+Cmax) = 382.7 пф.

Ckmin= Cl+C2*(C1+Cmin)/(C1+C2+Cmin) = 36.8 пф.

-максимальнаяи минимальнаяемкости контура.

4.2 Дляантенны сэквивалентомRa определяемкоэффициент

as= 2/[(S-1)*SQRT(K3)], гдеK3=Kd*Kd*Kd,

приштыревой антеннеполагаем as >>>1; и находим значение

емкостисвязи с транзисторомCct.

Cc=SQRT{Ckmax*g11*Q*amin/(6.28*fmin)/[1+1/(as*K3)]}= 116574.3 пф.

Cct= Cc-b11/(6,28*fmin) =97636.9 пф.(по ГОСТ100 нф.)

4.3 Находимемкость связис антенной Cca

Еслиэквивалентантенны - емкость

Cca=( Ca+ Cin)/SQRT[2*Q*(Dca+ Dcin)/Ckmin-1)= 8.78 пф,

Ca1= Ca * Cca/(Ca + Cca) = 7.91 пф.

4.4 Далеенаходим емкостиподстроечногоCp, дополнительногоCd

конденсаторов,а также емкостьсвязи Cck.

kkk=Cc/(Cc+Cl-C2-C3)= 1.00827112532716E+0000

Cp=kkk*(C3-Cl)-Ca1= 0.16 пф,

Cck=kkk*C2= 975.7 пф.

Введитезначение Cck,соответствующееГОСТ. Cck= 1000

Cd=C1-kkk*C2*(C3-Cl)/Cc-Cm= 14.95 пф.

Введитезначение CdсоответствующееГОСТ. Cd = 15.00

6.Определяеминдуктивностьконтура

Lk=1E6/[SQR(6.28*fmin)*Ckmax]= 4.24 мкГн.

7.Длячастоты fmin вычисляемзначения следующихкоэффициентов

r0= 6.28*f*Lk = 105.3 Ом.

p1 =1/[6.28*f*Lk*(6.28*f*Cct+b11)] ,

b1= 6.28*f*Lk*p1*p1*g11*Q= 5.39633745009760E-0005.

Еслиэквивалентантенны - емкость

a= Ca/Ckmin = 2.17417727661086E+0000, b0 = 0.

8.Определяемреальные значения

добротностивходной цепи- Q1 = Q/(1+b0)/[1+b1/(1+b0)] = 150,0

чувствительности-

E1=1.25e-10*s*fmin/(a*m*Q)*SQRT(6.28*N*Lk)= 0.1мкВ,

где m = 0.3 - глубинамодуляции,

s =- 5 дБ отношениесигнал/шум навходе ,

N -коэффициентшума входноготранзистора(разы);

ослаблениязеркальногоканала -

D1 =10*Lg[1+SQR(ez)]+20*Lg(fz/fmax),

где ez = Q1 * (fz/fmax - fmax/fz),

D1= 10 * Lg[1+SQR(24,15)]+ 20 * Lg(12,03/11,1) = 28,36 дБ,

где ez = 150 * (12,03/11,1 – 11,1/12,03) = 25,15,

Прирасчете реальнойвеличины ослаблениязеркальногока-

нала,в данном случае,дополнительноопределяетсявеличина D2.

D2= 20 * Lg(Q1 * Ckmin/Cl) = 65.27 дБ.

Меньшееиз значенийD1, D2 принимаемза значениеослабления.

D1= 28,36 дБ.

Длявторого поддиапазона(11,0 – 30,1 МГц)

Возможныдва случая:

эквивалентантенны - активноесопротивление

Ra

эквивалентантенны - емкость(короткая штыреваяантенна) Ca=Cin.

Сучетом Cinпараметрынового эквивалентаопределяются

Ca1= Ca + Cin,

Dca1= Dca + Dci.

ВВОДИСХОДНЫХ ДАННЫХ:

Диапазончастот (в Мгц.) - fmin= 11.00

fmax= 30.1

Чувствительность(в мкв.) - Е = 200

Избирательностьпо зеркальномуканалу (dB.)- d= 12

Растянутыйдиапазон Т=1./нерастянутыйТ=2. Т = 2

/При ошибке вданных повторитеввод - " Esc",

дляпродолжениянажмите любуюдругую клавишу./

1.Определяемкоэффициентперекрытиядиапазона

Kd= N* fmax/ fmin= 2.88 и

полагаеммаксимальнуюконструктивноосуществимуюдобротность

Q= 150.

2.Находимнаименьшеезначение показателясвязи входнойцепи

транзисторас контуром-amin:

Введитепараметрывходного транзистора:

Активнаясоставляющаяпроводимости(в Мсим) - g11 = 0.33

иее относительноеизменение -dg11 = 0.1

Реактивнаясоставляющаяпроводимости(в Мсим) - b11 = 470

иее относительноеизменение -db11 = 10

Коэффициентшума (разы) - N = 1.3

Оцениваем

а).влияниеизмененияактивной составляющейпроводимости

транзисторана полосу a1=4.0*dg11-1= -0.600,

b).влияниеизмененияреактивнойсоставляющейпроводимости

db11транзисторана частотунастройки

a2=1.25*b11/g11*db11-1= 17802.030,

c).Задаемдопустимоезначение коэффициентарасширенияполосы

S= 1.25-2 и находимзначение a3,

а)Если эквивалентантенны - емкость a3=1/(S-1).

б)Если эквивалентантенны - сопротивление

a3=[3*SQRT(Kd* Kd* Kd)+s-1]/[Kd* Kd*(S-1)].

Выбираемтип антенны:

открытаяантенна -Ra

короткаяштыревая антенна- Ca= Cin R= 2.

Введитезначение (целое) R= 2

Введитеемкость антенны(в пф) - Ca= 80

еенестабильность(в пф) - Dca= 20

емкостьвхода (в пф) - Cin= 45

еенестабильность(в пф) - Dcin= 5

a3= 1.600.

amin= max(ai), i=1,2,3; amin = 17802.030 .

3.ВыбираемнастроечныйконденсаторCmin,Cmax,

удовлетворяющийусловию Cmax/Cmin> [3-6]*Kd*Kd, Kd= 2.88

иопределяемдля него значениенеравномерностиизменения

емкостинастройки суглом поворота- H.

Введитезначение H= 65

Дальнейшийрасчет схемыопределяетсязначениемвеличины

h0=Exp[Ln(0.9*H)/3]= 3.88196803832761E+0000

4.Случай Kd

Введите(в пф.) значениеCmin = 10

Введите(в пф.) значениеCmax = 600

4.1 Вычисляемзначения следующихемкостей:

C3= Cl+0.4*(Cmin+ Cm)= 11.0 пф,

C2=C~*(K2+SQRT(K2*K2+4*K2*Kk*C3/C~))/(2*Kk)= 867.9 пф.

где K2=Kd*Kd-1 = 7.271,

Kk=[1-SQRT(Kd*Kd*Kd/H)]*[SQRT(Kd*H)-1]= 5.006,

C~=Cmax-Cmin,

-полная емкость,включеннаяпоследовательнос конденсато-

ромнастройки.

C1= 0.5*b/a*{ SQRT[1+4*a*dd/(b*b)]-1} - Cmin = 25.7 пф,

где a = K2*(C2+Cl), Cl= 4 пф,

b =K2*[Cl*(2*C2+C~)+C2*(C2+C~)],

dd =C~*C2*C2-K2*Cl*C2*(C2+C~)

-полная емкость,включеннаяпараллельноконденсатору

настройки.

Ckmax= Cl+C2*(C1+Cmax)/(C1+C2+Cmax) = 366.5 пф.

Ckmin= Cl+C2*(C1+Cmin)/(C1+C2+Cmin) = 37.3 пф.

-максимальнаяи минимальнаяемкости контура.

4.2 Дляантенны сэквивалентомRa определяемкоэффициент

as= 2/[(S-1)*SQRT(K3)], гдеK3=Kd*Kd*Kd,

приштыревой антеннеполагаем as >>>1; и находим значение

емкостисвязи с транзисторомCct.

Cc=SQRT{Ckmax*g11*Q*amin/(6.28*fmin)/[1+1/(as*K3)]}= 68362.4 пф.

Cct= Cc-b11/(6,28*fmin) = 61562.1 пф.(по ГОСТ62нф.)

4.3 Находимемкость связис антенной Cca

Еслиэквивалентантенны - емкость

Cca=( Ca+ Cin)/SQRT[2*Q*(Dca+ Dcin)/Ckmin-1)= 8.84 пф,

Ca1= Ca * Cca/(Ca + Cca) = 7.96 пф.

4.4 Далеенаходим емкостиподстроечногоCp, дополнительногоCd

конденсаторов,а также емкостьсвязи Cck.

kkk=Cc/(Cc+Cl-C2-C3)= 1.01241221065538E+0000

Cp=kkk*(C3-Cl)-Ca1= 0.15 пф,

Cck=kkk*C2= 878.4 пф.

Введитезначение Cck,соответствующееГОСТ. Cck= 910

Cd=C1-kkk*C2*(C3-Cl)/Cc-Cm= 15.59 пф.

Введитезначение CdсоответствующееГОСТ. Cd = 15,0

6.Определяеминдуктивностьконтура

Lk=1E6/[SQR(6.28*fmin)*Ckmax]= 0.57 мкГн.

7.Длячастоты fmin вычисляемзначения следующихкоэффициентов

r0= 6.28*f*Lk = 39.5 Ом.

p1 =1/[6.28*f*Lk*(6.28*f*Cct+b11)] ,

b1= 6.28*f*Lk*p1*p1*g11*Q= 5.54603637459560E-0005.

Еслиэквивалентантенны - емкость

a= Ca/Ckmin = 2.14567727662181E+0000, b0 = 0.

8.Определяемреальные значения

добротностивходной цепи- Q1 = Q/(1+b0)/[1+b1/(1+b0)] = 150,0

чувствительности-

E1=1.25e-10*s*fmin/(a*m*Q)*SQRT(6.28*N*Lk)= 0.1мкВ,

где m = 0.3 - глубинамодуляции,

s =- 5 дБ отношениесигнал/шум навходе ,

N -коэффициентшума входноготранзистора(разы);

ослаблениязеркальногоканала -

D1 = 10* Lg[1 + SQR(ez)] + 20 * Lg(fz/fmax),

где ez = Q1*(fz/fmax - fmax/fz),

D1= 10 * Lg[1 + SQR(9)] + 20 * Lg(31,03/30,1) = 19,52 дБ,

где ez = 150 * (31,03/30,1 – 30,1/31,03) = 9,

Прирасчете реальнойвеличины ослаблениязеркальногоканала, в данномслучае, дополнительноопределяетсявеличина D2.

D2= 20*Lg(Q1*Ckmin/Cl) = 65.38 дБ.

Меньшееиз значенийD1, D2 принимаемза значениеослабления.

D1= 19,52 дБ.

7. Сопряжениенастроек Входныхи Гетеродинныхконтуров

Дляпервого поддиапазона(3,95 – 11,1 МГц)

Вводисходных данных:

Диапазончастот (в МГц.) fmin= 3.95

fmax= 11.1

Значениепромежуточнойчастоты (в МГц.) fпр= 0,465

Индуктивностьвходного контура(в мкГн.) Lk= 4,24

Ёмкостькатушки (в пф.) Cl= 4

Ёмкостьмонтажа (в пф.) Cm= 7.5

Задайтечисло точекточного сопряжения Т = 3

Видвходной цепи №= 7

1. Частотыточного сопряжения:

f2=0.5*(fmax+ fmin) = 7.525 MHz

f1= f2 – 0.433*( fmax - fmin) = 4.429 MHz

f3= f2 + 0.433*( fmax - fmin) = 10.621 MHz

2. Расчёт кривых сопряженияв 50 точках:

df(i)= (m * (f * f + n) – sqr(f + fпр)* (f * f + l))/(2 *( f + fпр)* (f * f + l))

гдеа= f1 + f2 + f3 = 22,575

b= f1*f2 + f1*f3 + f3*f2 = 160,292

с= f1* f2* f3= 353,981

d= 2 fпр+ а = 23,505

l= (b* d- c)/2*fr= 3670.625

m= fпр* fпр+ l + a * d – b = 4041.175

n= (l * fпр* fпр+ c *d)/m = 2.225

Ошибкана границахдиапазона приэтом имеетвеличину:

df(fmin)= - 9.63659 кГц

df(fmax)= 4,50536 кГц

3.Величиныемкостей элементовсхемы

C1= Cl + Cm = 11.5 пФ ,

CC= 1/(4*pi*pi*Lk)*[1/n-1/l] = 2647,31 пФ.

C2= CC*[1/2+SQRT(1/4+C1/CC)] = 2658.76 пФ,

C3= 1/(4*pi*pi*Lk*l) - C1*C2/(C1+C2) = -9.82 пФ.

величинаиндуктивностиконтура гетеродина

Lg= Lk* l/m*(C2+C3)/(C2+C1)= 3.82 мкГн.

Длявторого поддиапазона(11,0 – 30,1 МГц)

Вводисходных данных:

Диапазончастот (в МГц.) fmin= 11

fmax= 30,1

Значениепромежуточнойчастоты (в МГц.) fпр= 0,465

Индуктивностьвходного контура(в мкГн.) Lk= 0.57

Ёмкостькатушки (в пф.) Cl= 4

Ёмкостьмонтажа (в пф.) Cm= 7.5

Задайтечисло точекточного сопряжения Т = 3

Видвходной цепи №= 7

1. Частотыточного сопряжения:

f2=0.5*(fmax+ fmin) = 20.55 MHz

f1= f2 – 0.433*( fmax - fmin) = 12.29 MHz

f3= f2 + 0.433*( fmax - fmin) = 28.82 MHz

2. Расчёт кривых сопряженияв 50 точках:

df(i)= (m * (f * f + n) – sqr(f + fпр)* (f * f + l))/(2 *( f + fпр)* (f * f + l))

гдеа= f1 + f2 + f3 = 61,65

b= f1*f2 + f1*f3 + f3*f2 = 1198,51

с= f1* f2* f3= 7272,74

d= 2 fпр+ а = 62,58

l= (b* d- c)/2*fr= 72827,949

m= fпр* fпр+ l + a * d – b = 75487,713

n= (l * fпр* fпр+ c *d)/m = 6,238

Ошибкана границахдиапазона приэтом имеетвеличину:

df(fmin)= - 9.57995 кГц

df(fmax)= 4,47807 кГц

3. Величины емкостейэлементов схемы

C1= Cl + Cm = 11.50 пФ (поГОСТ 13 пф.),

CC= 1/(4*pi*pi*Lk)*[1/n-1/l] = 7123.58 пФ.,

C2= CC*[1/2+SQRT(1/4+C1/CC)] = 7135.07 пФ,

C3= 1/(4*pi*pi*Lk*l) - C1*C2/(C1+C2) = - 10.87 пФ.

величинаиндуктивностиконтура гетеродина

Lg= Lk* l/m*(C2+C3)/(C2+C1)= 0.55 мкГн.

Фильтрацияпромежуточнойчастоты.

Существуюттиповые схемыи расчёты фильтрациипромежуточнойчастоты. В нашемслучае целесообразноиспользоватькерамическийфильтр какнаиболее простуюи удобную форму.Из приведённогониже спискасамым подходящимявляется фильтрCFK465E10(5.0кГц/3 dB,

12 кГц/70dB).Его параметрымаксимальноприближенык техническомузаданию. Таккак чувствительностьдовольно низкая– можно пренебречьтем фактом, что некотороеколичествопомех всё жебудет присутсвовать,но их уровеньбудет довольномал. Подавление

соседнего канала в размере34 децибел (заданныхв техническомзадании) данныйфильтр сможетосуществитьбез существенногоухудшения частотныхсвойств полезногосигнала (исходяиз таблицысводного графикаамплитудно-частотныххарактеристикфильтров маркиCFK).

. ПараметрыМикросхемыК174ХА2, типовыевключения

К174ХА2представляетсобой многофункциональнуюмикросхемурадиоприемноготракта, выполняющуюфункции усиленияи преобразованиясигналов счастотой до27 МГц. В составмикросхемывходят: усилительВЧ сигнала сАРУ,смеситель,гетеродин,усилитель ПЧс АРУ.

Корпустипа 238.16-2 (см. К174АФ1).Вес неболее 1,5 г.

Электрическиепараметры

Номинальноенапряжениепитания..9В

Токпотребленияпри U_п= 9В, Т=+25°С,не более…………………16мА

Отношениесигнал-шум приU_п= 9В, _вх=1МГц, U_вх= 10мкВ, m= 0,8; Т= +25°С,неболее……….. 24дБ

Выходноенапряжениенизкой частотыпри U_п= 9В, _вх=1МГц,

 _ПЧ= 465 кГц, _м=1кГц, m= 0,8; Т=+25°С:

приU_вх= 20мкВ, не менее……..60мВ

приU_вх= 510³мкВ……...100..560мВ

Изменениевыходногонапряжениянизкой час­тоты,при изменениинапряженияисточникапитания в диапазоне4,8 ...9В, при =1МГц,

_м=1кГц, m=0,3,U_вх=10мкВ, Т=+25°С, неболее…………….6дБ

Верхнеезначение частотывходного сигналапри U_П =9В, Т=+25°С,

неменее ………………….….27МГц

Коэффициентгармоник приU_П= 9 В, _вх=1МГц, _ПЧ= 465кГц,

_м=1кГц, m= 0,8; Т=+25°С, не более:

приU_вх= 510⁵мкВ…………………………………………………………………...…...10%

приU_вх=310⁴мкВ……………….………………………………………………………..8%

Входное сопротивление УПЧ при U_П= 9 В, Т=+25°С, не менее…………3кОм Входноесопротивление УВЧ при U_П= 9 В, Т=+25°С, не менее………..…3кОм

Выходное сопротивление УПЧ при U_П= 9 В,Т=+25°С,не менее………..60кОм

Предельныеэксплуатационныеданные

Напряжениепитания….………………………………………………………….4,8...15 В

Максимальное входное напряжение…………………………………………………..2В

Максимальнаятемпературакристалла……………………………………….+125°С

Температураокружающейсреды………………………………………….-25...+55°С

Зависимостьтока потребленияот тем­пературыокружающейсреды при U_П= 9 В. Заштрихованаобласть раз­бросазначений параметрадля 95% микросхем.Сплошной линиейпоказа­натиповая зависимость.

Зависимостьвыходногонапряженияот температурыокружающейсреды приU_П=В,_вх=1МГц. Заштрихова­наобласть разбросазначений пара­метрадля 95% микросхем.Сплошной линиейпоказана типоваязависимость.

Зависимостьизменениякоэф­фициентапередачи УПЧот уп­равляющегонапряженияна час­тоте_ПЧ= 465 кГц приU_П= 9 В. Заштрихованаобласть разбросазначенийпараметра для95% микросхем.Сплошной линиейпоказанатиповая зависимость.

Зависимостьизменениякоэф­фициентапередачи УВЧот уп­равляющегонапряженияна час­тотевходного сигнала_вх=1МГц при U_П= 9В, _ПЧ=465 кГц.

Принципиальнаясхема приемникарадиоуправлениямоделями [23].Входная игетеродиннаяматушкинамотаны наполистироловыхцилиндрическихкаркасах диаметром5 мм и содержат^соответственно11,2 и 11 витков проводаПЭВ-2 диаметром0,2мм. КатушкиФПЧ намотанына [двухсекционныхкаркасах, помещенныхв ферритовыечашки марки1000НМ диаметром6,1 и высотой4 мм и содержат48+48 витков проводаПЭВ-2 диаметром0,1 мм; катушкасвязи L4содержит22 витка проводаПЭВ-2 диаметром0,07 мм и намотанаповерх катушкиL3

Принципиальнаясхема малогабаритногоКВ-приемника[22 ]. Входной контури контур гетеродинанамотанына полиетироловомцилиндрическомкаркасе диаметром7,5мм и содержат:L1—15витков проводаПЭЛШО-0,3 мм; L2—4витка теми жепроводамисоответственно.Катушки фильтровПЧ намотанына пластмассовыхдвухсекционныхкаркасах, которыепомещены вферритовыечашки марки100QHMдиаметром 6,1 ивысотой 4 мм иимеют подстроечныйсердечник1000НМ размеромМЗ х 10 мм; LJ— 6 витков, L6—115витков, L7—100витков провода

ГТЭВ-2диаметром0,12мм

10. Расчётнаясхема включенияМикросхемыК174ХА2

Отличительнойособенностьюданной схемывключения оттиповых являютсяпараметрынекоторыхэлементов, атакже двапараллельныхгетеродинныхконтура и двевходные катушки,которые попарнопереключаютсяспареннымпереключателем,что приводитк переключениюподдиапазоновприёма с первого(3,95 – 11 МГц) на второй(11 – 15,8 МГц и более).

Изменённыеи добавленныеноминалы (посравнению стиповой схемой):

Переменнаяёмкость С1 –10…600 пф.

Ёмкости:С5 – 12 пф.

С6– 10 пф.

С7– 2,7 нф.

С17– 12 пф.

С18– 6,8 нф.

С19– 11 пф

Индуктивностьвходного контура L1– 4,2 мкГн.

Индуктивностьгетеродинногоконтура L3– 3,8 мкГн.

Индуктивностьвходного контура L10– 0,5 мкГн.

Индуктивностьгетеродинногоконтура L3– 0,5 мкГн

Керамическийфильтр Z1- CFK465E10

11. Выводы.

ДаннаямикросхемаК174ХА2 полностьюсоответствуеттребованиям,предъявленнымв техническомзадании:

Чувствительностьв 200 микровольтабсолютнообеспечиваетсямикросхемой,так как еёноминальнаячувствительностьсоставляет10 микровольт. (п.9стр.19)

Ослаблениепо зеркальномуканалу в 12 децибелобеспечиваетсямикросхемой(входными цепями),которое прирасчёте составило19,52 децибела. (п.6стр.14)

Ослаблениесоседнегоканала в 34 децибелаобеспечиваетсякерамическимфильтром CFR465E10с параметрами5.0кГц/3 dB,

12кГц/70 dB.(п.8 стр.18)

Выходнаямощность в 0,5Ватта обеспечиваетсятиповой схемойвключения.(стр.20)

Полосапропускания9,5 килогерц идиапазон принимаемыхчастот достигаетсявходной игетеродиннойцепями, а такжекерамическимфильтром.

ЭффективностьАРУ, оцениваемаяпропорциейсоотношенийамплитуд двухвходных и двухвыходных сигналовсоставила:

Входныесигналы – 20 lg.(5000мкВ/20 мкВ) = 48 дБ,

Выходныесигналы – 20 lg.(560мВ/60 мВ) = 19 дБ,

чтопревышаетпараметрытехническогозадания, но невредит работерадиоприёмника.(п.9 стр.14)

Государственныйкомитет Российскойфедерации повысшему образованию

Санкт-Петербургскийгосударственныйтехническийуниверситет

Радиофизическийфакультет

Кафедрарадиотехники

СОПРЯЖЕНИЕНАСТРОЕКВХОДНЫХИ ГЕТЕРОДИННЫХКОНТУРОВ

Методическиеуказания ккурсовомупроектированиюпо курсу "Устройстваприема и обработкисигналов"

Санкт-Петербург

1995

Составители:А.Ю.Дзевановская, С.Б.Макаров.

УДК 621.396.7

Сопряжениенастроек гетеродинныхи входных контуровусилитель­нопреобразовательноготракта: Методическое указание ккурсовомупроектированию. Санкт-Петербургскийгос. техн. университет;Сост.

А.Ю.Дзевановская,С.Б.Макаров.С.Пб, 1995 .

Приводитсяописание программырасчета сопряжениянастроекгете­родинныхи входных контуровусилительно-преобразовательноготракта устройствприема и обработкисигналов. Даютсяварианты расчетадля различныхчастотныхдиапазоновпри использованиив качествепе­рестраиваемогоэлемента конденсаторапеременнойемкости и варика­па.Предназначендля студентовспециальности"Радиотехника",вы­полняющихкурсовоепроектированиепо курсу: "Устройстваприема и обработкисигналов", атакже могутбыть использованыв общетехни­ческихциклах подготовкибакалавровпо направлению"Радиотехника".

Ил. Библиогр.Тираж 50 экз.Печатаетсяпо решениюредакционно-из­дательскогосовета СанктПетербургскогогосударственноготехничес­когоуниверситета.

1. ВВЕДЕНИЕ.

В супергетеродинныхустройствахприема и обработкисигналов, рабо­тающихв широком диапазонечастот, необходимосогласованиеили соп­ряжениенастройкичастоты контуровпреселекторана частотусигнала fc игетеродина- на частоту fг= fc + fпр, где fпр -промежуточнаячастота, блокомидентичныхконденсаторовпеременнойемкости илива­рикапов.Для полученияразличныхрезонансныхчастот этихконтуров вконтур гетеродинавключаютсядобавочныепостоянныеконденсаторы.

На рис1. показанаобобщеннаясхема контуроввходной цепи- LkC~ и гетеродина- LgC~ с добавочнымиконденсаторамиC1,C2,C3. В такой схемене удаетсяточно выполнитьусловие настройки

fс0 = fс,

fпр = fг - fc,

где fс0 -резонанснаячастота входногоконтура, на всех частотах

диапазона.Обычно припректированииточно выполняетсялишь условие

fпр = fг - fc.

Расстройкавходных контуровотносительночастоты входногосигнала

df = fc - fс0(1)

называетсянеточностьюсопряжения.

Методическиеуказанияпредназначеныдля выполненияна ПЭВМ расче­товсопряжениянастроек входныхи гетеродинныхконтуровусилитель­нопреобразовательныхтрактов устройствприема и обработкисигналов.

Расчетыприменимы дляразличныхвариантоввходных цепей,а также дляразличныхвариантоврегулировкичастоты (с помощьюблока пере­менныхконденсаторовили с помощьюварикапов).

2. РАСЧЕТНЕТОЧНОСТИСОПРЯЖЕНИЯНАСТРОЕК КОНТУРОВ.

В соответствиис рис 1. полнаяемкость гетеродинногоконтура

Cг = C1 +C2*(C3+C~)/(C2+C3+C~).(2)

Частота гетеродина определяетсявыражением:

fг = 1/[2*pi*SQRT(Lг*Cг)],(3)

а величинаемкости можетбыть определеначерез резонансную частоту

входногоконтура

C~ = 1/[SQR(2*pi*fс0)*Lk].(4)

Выразимfг через значенияCг - (2) и C~ - (4)

fг = SQRT[m*(fс0*fс0+n)/(fс0*fс0+l)],(5)

где m =(C2+C3)/[4*pi*pi*(C1*C2+C1*C3+C2*C3)],

n = 1/[4*pi*pi*Lk*(C2+C3)],

l =(C1+C2)/[4*pi*pi*(C1*C2+C1*C3+C2*C3)].

Подставляя(5) в (1) и производяряд преобразований,можно получитьвыражение дляопределениянеточностисопряженияв виде:

df =[m*(fс0*fс0+n)-SQR(fс0-f)*(fс0*fс0+l)]/

[2*(fс0+f)*(fс0*fс0+l)].(6)

Выражение(6) являетсяполиномом 4-ойстепени относительноf0 и, соответственно,имеет 4 корня.Анализ показывает,что один изкорней являетсяотрицательными лежит за пределамирабочего диапазоначас­тот. Тридругих корняопределяютточки точногосопряженияв 3-х точ­кахдиапазона.

В коротковолновомдиапазонедостаточноосуществитьсопряжениев 2-х точках. Приэтом схемаконтура гетеродинаупрощается(рис.2).

ИСХОДНЫМИДАННЫМИ ПРИРАСЧЕТЕ ЯВЛЯЮТСЯ:значения граничныхчастот диапазона- fmin,fmax, значениепромежуточнойчастоты - fпр,значениеиндуктивностивходного контура- Lk, емкость катушки- Cl и емкостьмонтажа - Cm, число точек точногосопряжения- Т;

а такжевид входнойцепи:

для ДВ иСВ диапазонов

1.- с внешнейемкостнойсвязью с антенной,

2.- с трансформаторнойсвязью с антеннойи внутреннейемкостной сусилителемрадиочастоты(УРЧ),

3.- с автотрансформаторнойсвязью с антеннойи внутрен­нейемкостнойсвязью с УРЧ,

4.- с трансформаторнойсвязью с антеннойи УРЧ,

5.- с ферритовойантенной вкачестве входногоконтура и внутреннейемкостнойсвязью с УРЧ,

для КВ иУКВ диапазонов

6.- с ферритовойантенной вкачестве входногоконтура итрансформаторнойсвязью с УРЧ,для КВ диапазона

7.- с внешнейемкостнойсвязью с антенной,

8.- с трансформаторнойсвязью с антенной,

9.- с магнитнойантенной вкачестве входногоконтура.

ПРОГРАММАРАСЧЕТА - файлCOPRGET.exe

Вспомогательныепрограммы:GRAPHIC.com

CYRILLIC.com