Методические указания по курсовому проектированию радиовещательных приемников
реклама
1 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение ВПО Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по курсовому проектированию радиовещательных приемников Для студентов радиотехнических специальностей ШАХТЫ 2011 2 УДК 621.396.976 Составитель: к.т.н., доцент кафедры «Радиоэлектронные системы» Сучков П.В. Рецензенты: к.т.н., доцент кафедры «Радиоэлектронные системы» Окорочков А.И. к.т.н., доцент кафедры «Информационные системы и радиотехника» Методические указания предназначены в помощь студентам механикорадиотехнического факультета, обучающимся по специальностям ………….Рассмотрены вопросы разработки структурных и функциональных схем приемно-усилительных устройств, предназначенных для приема сигналов радиовещательных станций. Изложены общие принципы проектирования, изложены требования к оформлению пояснительной записки. Приведен список рекомендуемой литературы. 3 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ 3. ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА 4. ОРГАНИЗАЦИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 5. ЭТАПЫ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 5.1 Разбивка диапазона рабочих частот на поддиапазоны 5.2 Расчет полосы пропускания линейного тракта 5.3 Выбор первых каскадов приемника 5.4 Выбор средств обеспечения избирательности преселектора 5.5 Выбор средств обеспечения избирательности по соседнему каналу 5.6 Распределение усиления в тракте радиоприемного устройства 5.6.1 Высокочастотные параметры транзисторов 5.6.2 Распределение усиления и расчет АРУ 5.7 Функциональная схема приемника 6. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПРИЕМНИКА И ЕЕ РАСЧЕТ 6.1 Обзор элементной базы на интегральных микросхемах 6.2 Расчет сопряжения контуров преселектора и гетеродина 6.3 Заключение в пояснительной записке 6. Правила оформления пояснительной записки 7. Методические указания к выполнению курсового проекта ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 4 ВВЕДЕНИЕ Курсовое проектирование является важным этапом подготовки будущих специалистов радиотехнических специальностей, позволяющих дать навыки по разработке комплекта технической документации. Комплект технической документации необходим для изготовления изделия, контроля технических характеристик и его эксплуатации. Основной целью курсового проектирования является закрепление и расширение теоретических знаний студента по курсу «Устройство приема и обработки сигналов, а так же приобретение навыков работы с литературой, построения, расчета электрических принципиальных схем. Курсовое проектирование позволяет развить навыки самостоятельного решения относительно сложных радиотехнических задач на основе творческого индивидуального подхода. Методическое указание призвано дать студенту представление о целях и задачах учебного проектирования радиоприемных устройств, содержании, объеме и сроках выполнения работы. 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Учебное проектирование радиовещательного приемника представляет собой самостоятельную работу студента, которая включает изучение, как известных технических решений, так и расчет элементов принципиальной схемы. В связи с этим основной целью курсового проектирования следует считать закрепление и дальнейшее углубление теоретических знаний по принципам построения радиоприемных устройств, а так же получение навыков самостоятельной работы. В процессе выполнения курсового проекта студент должен: - получить индивидуальное техническое задание; - ознакомится с научно-технической литературой по теме проекта; - изучить особенности построения аналогичных устройств, выпускаемых промышленностью; - выполнить анализ технического задания; - рассчитать и обосновать функциональную схему приемника, удовлетворяющую техническому заданию; - выполнит обзор современной элементной базы для составления принципиальной схемы; - выбрать и обосновать принципиальную схему приемника; - выполнить электрический расчет отдельных каскадов приемника и его характеристик; - рассмотреть методы измерения параметров радиоприемных устройств (по указанию преподавателя); - оформить пояснительную записку и необходимые чертежи. 2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ 5 Современные радиовещательные приемники в зависимости от условий эксплуатации и конструктивного исполнения разделяют на стационарные, переносные и носимы. По электрическим и электроакустическим параметрам бытовые радиовещательные приемники подразделяют на три группы сложности: высшую (0), первую (1) и вторую (2). Основные параметры бытовой радиоприемной аппаратуры приведены в приложении 1. Радиовещательные приемники могут работать на ДВ, СВ, КВ и УКВ диапазонах. В зависимости от назначения приемника и его конструктивных особенностей возможно использование различных типов антенн. Так в переносном приемнике часто используют магнитные антенны в ДВ, СВ диапазонах и штыревые телескопические антенны – в КВ и УКВ диапазонах. В автомобильных приемниках обычно используют штыревые телескопические антенны или им подобные. В стационарных приемниках могут использоваться наружные антенны в любом диапазоне частот. Чувствительность радиовещательных приемников относительно мала, так как радиовещательные станции излучают достаточно большую мощность и создают довольно высокую напряженность электромагнитного поля в месте приема. Промежуточная частота (частота настройки УПЧ) f УПЧ обычно равна 465 кГц при приеме амплитудно-модулированных сигналов и 10,7 МГц – при приеме частотно-модулированных сигналов. ГОСТ 5651-89 допускает использование других, строго определенных значений промежуточных частот, если это экономически и технически оправдано. В основном это относится к радиоприемным устройствам, где используется двойное преобразование частоты. Для УКВ диапазона широко используется стереофоническое вещание в диапазонах УКВ1 (65,8 – 74,0 мГц) и УКВ2 (100,0 – 108,0 мГц). Международным консультативным комитетом по радиовещанию (МККР) для организации стереофонического радиовещания в метровом диапазоне волн рекомендовано три системы: - российская, работа которой основана на принципе полярной модуляции; - американская с пилот-тоном, разработанная фирмой «ЗенитДженерал-Электрик»; - система ЧМ-ЧМ, предложенная Швецией. Первые две системы широко используются в России. Сравнительные характеристики стереофонического вещания системы с полярной модуляцией и системы с полот-тоном приведены в приложении 2. Варианты технических заданий на проектирование радиовещательных приемников приведены в приложении 3. Каждое задание содержит следующие исходные данные: - диапазон принимаемых частот f 0. МИН f 0. МАК ; 6 - чувствительность, ограниченная шумом, задаваемая как э.д.с сигнала в антенне À.0 (мкВ) или напряженности электромагнитного поля Å À.0 (мВ/м), при фиксированном отношении сигнал/шум вых на выходе тракта радиочастоты. Для радиовещательного приемника ДВ, СВ и КВ диапазонов вых 20дБ . В УКВ диапазоне вых 26дБ в моно режиме и вых 50дБ в стерео режиме; - диапазон воспроизводимых частот FН FВ по напряжению всего тракта, при заданной неравномерности F ; - избирательность по соседнему ск , зеркальному зк и прямому пр каналам. Величина ск определяется при расстройке 9кГц для АМ – сигналов (в КВ диапазонах ±10 кГц или ±5 кГц), 120кГц для приема ЧМ – сигналов в моно режиме и 180кГц для приема ЧМ – сигналов в стерео режиме; - действие автоматической регулировки усиления (АРУ) DÂÕ DÂÛÕ Это изменение уровня входного сигнала DВХ 20 lg( А.0. МАК А.0. МИН ) , приводящее к изменению напряжения на выходе детектора DВЫХ 20 lg( U Д . ВЫХ . МАК U Д . ВЫХ . МИН ) ; - значение промежуточной частоты f ÏÐ ; - тип приемной антенны. Остальные параметры радиоприемного устройства обосновываются дополнительно в ходе проведения электрических расчетов. 3. ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА Задание на курсовое проектирование радиовещательного приемника соответствует программе курса «Устройство приема и обработки сигналов» и опирается на известные технические решения. В отдельных случаях наиболее успевающим студентам могут быть выданы индивидуальные задания, связанные с его научно-исследовательской деятельностью. Два, три студента в группе могут так же получить индивидуальное задание по написанию реферата по актуальным вопросам приема и обработки сигналов. Пояснительная записка должна содержать: 1. Титульный лист, прил. 4; 2. Техническое задание на курсовое проектирование, подписанное студентом и руководителем проекта; 3. Содержание с указанием страниц, разделов и подразделов; 4. Введение, где следует провести обзор современного состояния и перспективы развития радиоприемных устройств; 5. Анализ технического задания предполагает определить, к какой группе сложности относится проектируемый приемник, необходимое число поддиапазонов (если это не очевидно из задания), число преобразований частоты, общую физическую реализуемость ТЗ и т.п.; 7 6. Обоснование выбора структурной и функциональной схемы приемника, где рассматриваются следующие вопросы: - разбивка общего диапазона частот на поддиапазоны; - расчет полосы пропускания линейного тракта приемника; - возможность реализации заданной чувствительности; - выбор средств обеспечения заданной избирательности преселектора и УПЧ; - обоснование и выбор значения промежуточной частоты, если это необходимо; - обоснование требуемого количество усилительных каскадов и расчет требуемого коэффициента усиления; - проверка осуществимости АРУ. При расчете функциональной схемы приемника возможно внесение обоснованных изменений в задание. Данные расчета функциональной схемы являются исходными для обоснования элементной база и расчета принципиальной схемы приемника. Этот этап проектирования называют эскизным. 7. Обзор современной элементной базы интегральных микросхем отечественного и импортного производства, на базе которых возможна реализация проектируемого приемника; 8. Расчет элементов принципиальной схемы на основе данных эскизного расчета. В ходе расчетов определяются номиналы элементов схемы, коэффициенты включения, коэффициенты усиления, коэффициенты устойчивого усиления и другие параметра, в том числе и сопряжение контуров преселектора и гетеродина. Полный перечень элементов принципиальной схемы, как правило, приводится в приложении. Элементы, определяющие режим работы микросхемы являются справочными и расчету не подлежат; 9. Заключение, где сравниваются расчетные параметры с заданными ТЗ и делается вывод о возможности технической реализации и конструктивных особенностях проектируемого приемника; 10.Библиографический список используемой литературы; 11.Приложения, включающие функциональную и принципиальную схемы, перечень элементов принципиальной схемы и т.п. Пояснительная записка должна быть объемом 15 –20 страниц машинописного текста, не считая страниц приложения. Записка должна содержать необходимые таблицы, рисунки, эпюры и схемы электрические отдельных каскадов. Если по указанию преподавателя задание содержит требования к описанию отдельных методов измерения параметров радиоприемных устройств, то они приводятся после расчета принципиальной схемы. Это описание так же включает схемы измерений и описание метода, основанного на требованиях ГОСТов. 8 4. ОРГАНИЗАЦИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Курсовое проектирование радиовещательного приемника осуществляется с использованием рекомендаций, изложенных в данном методическом пособии. При выдаче задания преподаватель знакомит с общими требованиями , предъявляемыми к курсовому проекту, дает рекомендации по использованию литературы, указывает номер индивидуального варианта и определяет объем требований к электрическому расчету и описанию методики измерения параметров радиоприемного устройства. Консультации по проекту проводятся раз в неделю по утвержденному расписанию. Вместе с техническим заданием студенту выдается график выполнения курсового проекта, который подлежит обязательному исполнению. Оценка готовности проекта по этапам может быть следующая: - эскизный расчет – 40%; - электрический расчет – 25%; - оформления пояснительной записки проекта –35%. Оформленная пояснительная записка вместе с чертежами предоставляется руководителю проекта для проверки не позже недели до назначенного срока защиты. Руководитель отмечает на листе замечаний допущенные ошибки и неточности и возвращает проект студенту. К защите допускается проект, если в нем устранены все, указанные преподавателям, замечания. Защита курсового проекта осуществляется в учебные недели (до начала экзаменационной сессии), определенные учебным планом. Студент защищает проект комиссии в составе двух – трех преподавателей кафедры, в состав которой обязательно входит руководитель проекта. Во время защиты студент должен в течении 5-10 минут назвать тему и задание, а затем кратко изложить результаты проектирования. Члены комиссии вправе задать автору проекта вопросы, чтобы выяснить глубину понимания студентом работы и особенностей спроектированного приемника, правильность принятых технических решений. Вопрос об оценки решается на закрытом заседании комиссии и затем объявляется студентам. 5. ЭТАПЫ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Для составления и обоснования функциональной схемы приемника необходимо: - разбить диапазон рабочих частот на поддиапазоны; - рассчитать полосу пропускания линейного тракта; - выбрать каскады, для обеспечения требуемой чувствительности; - распределить частотные искажения по избирательным каскадам приемника; - выбрать средства обеспечения избирательности преселектора; - выбрать средства обеспечения избирательности по соседнему каналу; 9 - выбрать средства для обеспечения усиления линейного тракта и эффективности АРУ и распределить усиление по каскадам линейного тракта приемника. При составлении функциональной схемы приемника необходимо учитывать, что при приеме радиовещательных программ нужна высокая точность воспроизведения сигналов, так как важно правильное отображение не только смысловой информации, но и характера передачи (тембр голоса и т.п.). Радиовещательные приемника должны быть дешевыми, т.е. иметь несложную схему. Чувствительность их сравнительно не высока, так как мощности радиовещательных передатчиков значительны. Современные радиовещательные приемники строятся в основном по супергетеродинной схеме. Приемники прямого усиления обладают излишне широкой полосой пропускания, параметры их зависят от частоты настройки, поэтому здесь мы их рассматривать не будем. На рис. 5.1 приведена структурная схема радиовещательного приемника для одного диапазона частот, которая может быть положена в основу рассмотрения остальных схем. А ПЧ к УЗЧ ВЦ УРЧ С Г УПЧ Д АРУ Рис. 5.1 Супергетеродинный радиовещательный приемник. Иногда, для приема амплитудно-модулированных сигналов заданная чувствительность может быть достигнута без УРЧ. После оценки необходимого коэффициента шума, УРЧ может быть исключен. Если по техническому заданию приемник должен принимать несколько диапазонов частот, то выполняют разбивку на поддиапазоны согласно ГОСТ 5651-89 /3/. Для одновременного приема АМ и ЧМ сигналов, приемник содержит два отдельных тракта радиочастоты и обычно общий тракт УПЧ, рис.5.2. В этой схеме полагаем, что прием УКВ вещательных станций ведется на штыревую антенну А, станции АМ сигналов принимаются на магнитную антенну МА. Сигнал от антенны поступает на входные цепи, представляющие собой перестраиваемые и переключаемые в зависимости от диапазона узкополосные фильтры, и далее на УРЧ. 10 ГЧМ АПЧ А УРЧЧМ ВЦ ЧМ УКВ КВ МА ЧД СЧМ УКВ УКВ КВ к УЗЧ УПЧ ДВ СВ ВЦ 1 УРЧАМ ВЦ КВ ДВ СВ КВ ДВ СВ САМ АД АРУ ГАМ N Рис. 5.2 Супергетеродинный радиовещательный многодиапазонный приемник. После преобразования частоты сигнал усиливается в двухканальном УПЧ, использование которого обусловлено существенным различием в значениях промежуточной частоты при приеме АМ и ЧМ сигналов. При приеме АМ сигналов промежуточная частота равна 0,465 МГц, а при приеме ЧМ сигналов – 10,7 МГц, поэтому каких либо коммутаций в УПЧ не требуется. После УПЧ следуют раздельные детекторы АМ и ЧМ сигналов. Структурная схема приемника, широко применяемая на практике, показана на рис.5.3. Блок УКВ ПЧ ЧМ Гчм А2 ВЦ ЧМ ЧМ УР ЧМ УРЧ Ч АПЧ Счм ЧД ЧМ А2 АМ УПЧчм ПЧ АМ ЧМ ФСИ Ф чм Ф АМ УПЧ ЧМ Ф ЧМ Ф АМ к УЗЧ АМ АМ АД ВЦ АМ Г АМ АРУ Рис. 5.3 Супергетеродинный радиовещательный приемник АМ и ЧМ сигналов. При приеме АМ сигналов преобразование частоты осуществляется в ПЧАМ, нагрузкой которого является фильтр ФАМ , настроенный на 11 промежуточную частоту 465кГц. При приеме ЧМ сигналов преобразователь частоты ПЧАМ используется как дополнительный каскад УПЧ на частоте 10,7 МГц, т.к. нагрузкой его является фильтр ФЧМ , настроенный, на промежуточную частоту 10.7 МГц. Преобразование частоты принимаемого ЧМ сигнала осуществляется в преобразователе ПЧЧМ блока УКВ. Этот блок включает в себя входную цепь, УРЧЧМ и преобразователь частоты ПЧЧМ. При использовании в тракте промежуточной частоты фильтров сосредоточенной избирательности ФСИ, для частот 465 кГц и 10,7 МГц, структурная схема радиовещательного приемника имеет вид, представленной на рис. 5.4. А1 ФСИчм ВЦчм ЧМ АМ ВЦ ЧД ЧМ ЧМ ПЧ А2 УПЧ чм УПЧ УЗЧ АМ АМ ФСИ АМ АМ АД Г Рис. 5.4 Супергетеродинный радиовещательный приемник АМ и ЧМ сигналов с раздельными ФСИ. В данной схеме преобразование частоты осуществляется в общем преобразователе ПЧ. В тракте АМ сигналов применен УПЧ, а при приеме ЧМ сигналов в тракт промежуточной частоты вводится дополнительный каскад УПЧЧМ. Для улучшения избирательных свойств, для приемников высшей (0) группы сложности, может применяться двойное преобразование частоты. 5.1 Разбивка диапазона рабочих частот на поддиапазоны Целью расчета является определения числа рабочих поддиапазонов, их граничных частот и выбор перестраиваемого элемента колебательных контуров. В радиовещательном диапазоне в качестве резонансных систем применяют колебательные контура с сосредоточенными параметрами. При перестройки контура коэффициент перекрытия диапазона (5.1) k Д МАХ f OМАХ f OМИН CЭМАХ CЭМИН , где СЭ.МАХ , СЭ.МИН - максимальная и минимальная эквивалентная емкость перестраиваемого контура, соответственно. Коэффициент перекрытия k Д МАХ не превышает 2,5 – 3 для конденсатора переменной емкости (КПЕ) и 1,4 –2,0 для варикапа. 12 Для разбивки диапазона на N поддиапазонов существует два способа: k пд..i способ равных коэффициентов поддиапазонов , когда k ПД .1 k ПД .2 k ПД .3 ... k ПД .i и способ равных частотных интервалов f ПД .i для всех поддиапазонов, когда f ПД .1 f ПД .2 f ПД .3 ... f ПД .i . В первом случае N k пд..i величина постоянная и k д k пд , откуда k пд N f о . макс/ f о . мин . Например, если СВ диапазона разбивают на два поддиапазона, то k пд 2 1606,5 / 526,5 1,75 , а границы поддиапазонов соответственно равны 526,5…919,8 кГц и 919,8…1606,5 кГц. Во втором случае принимают равными ширину каждого поддиапазона f ПД .i . Для СВ диапазона, при N=2 границы поддиапазонов равны 526,5…1066,5 кГц и 1066,5…1606,5 кГц, а коэффициенты перекрытия поддиапазонов имеют значения соответственно k пд .1 2,03 и k пд .2 1,51 . На практике границы поддиапазонов несколько расширяют, для того, чтобы иметь возможность принимать радиовещательные станции, расположенные на границах поддиапазонов. Для способа равных коэффициентов поддиапазонов фактический коэффициент поддиапазона принимают на 2 5% больше расчетного, т.е (1,02 -1,05) k пд .i . Для способа равных частотных интервалов поддиапазонов границы каждого поддиапазона расширяют в обе стороны одинаково, чтобы сохранить равенство частотных интервалов поддиапазонов. В коротковолновом диапазоне границы поддиапазонов и их количество должны оговариваться в технических условиях (ТУ) и рассчитываются из соображения допустимой плотности настройки, т.е. числа возможных радиостанций на одно деление шкалы. Согласно договоренности членов международного союза электросвязи для радиовещания выделены определенные диапазоны частот. ГОСТ 5651-89 определяет диапазоны частот для бытовых радиовещательных приемников в России. Для КВ диапазона в рамках данного курсового проектирования рекомендуется выполнит разбиение частотного диапазона согласно табл.5.1. По согласованию с преподавателем частотные диапазоны возможно объединять. 5.2 Расчет полосы пропускания линейного тракта Ширина полосы пропускания линейного тракта приемника П складывается из ширины спектра радиочастот принимаемого сигнала ПС и запаса полосы, требуемого для учета нестабильности и неточностей настроек приемника ПНС, т.е. (5.2) П П С П НС . 13 Таблица 5.1 Частотные поддиапазоны в коротковолновом диапазоне Наименование диапазона КВ – 75 КВ – 62 КВ – 59 КВ - 49 КВ – 41 КВ – 31 КВ - 25 Диапазон частот, МГц Длина волны, м 3,95 – 4,000 4,75 – 4,995 5,006 – 5,06 5,95 – 6,20 7,10 – 7,30 9,50 – 9,90 11,65 – 12,075 75 62 59 49 41 31 25 Для АМ сигналов ширина спектра радиочастот равна П С 2FB , где FB - верхняя модулирующая частота. Для ЧМ сигналов П С 2FB (1 m m ) 2(FB f m ) , где m f m FB - индекс частотной модуляции; f m - максимальное значение девиации частоты несущей передатчика. При монофонических передачах f m 50кГц , FB 15кГц . При стереопередаче в системе с полярной модуляцией полоса модулирующих частот составляет 30 Гц – 46,250 кГц , а в системе с пилот- тоном – 50 Гц – 53,0 кГц. Ширина спектров сигналов в этом случае соответственно равны 192,5 и 206 кГц. Однако экспериментальные исследования показали / 5/, что в системе с пилот сигналом достаточно иметь полосу приема без учета нестобильностей 165 кГц, а в системе с пилот-тоном – 190 кГц. Величина П НС учитывает нестабильность и неточность настроек приемника П НС 2 ( .f C ) 2 ( .f Г ) 2 ( .f Н.Г ) 2 ( .f Н.УПЧ ) 2 , где .f C и .f Г - нестабильности частот сигнала и гетеродина. Нестабильность принимаемого сигнала .f C , как правило, значительна меньше нестабильности частоты гетеродина приемника .f Г и поэтому в расчетах полагаем .f C 0 . Нестабильность частоты гетеродина определяют из табл.5.2; .f НГ и .f Н.УПЧ - неточности настроек частот гетеродина f Г и УПЧ f УПЧ . При автоматической настройке приемника принимаем .f НГ (0,003 0,01)f Г , а .f Н.УПЧ (0,0003 0,003)f УПЧ . При ручной настройке приемника неточность настройки может быть сведена к минимуму. т.е. .f НГ 0 и .f Н.УПЧ 0 . 14 Таблица 5.2 Относительная нестабильность транзисторного гетеродина Тип гетеродина Однокаскадный без кварцевой стабилизации с кварцевой стабилизацией Многокаскадный с умножением частоты и кварцевой стабилизацией Относительная нестабильность в диапазоне менее 30 более 30 мГц мГц -3 -4 -3 10 – 10 10 – 10-5 10-5 – 10-7 - 10-6 – 10-7 10-5 – 10-7 Если принятых мер стабилизации частоты гетеродина недостаточно, то в УКВ диапазоне применяют автоподстройку частоты гетеродина (АПЧГ). В этом случае полосу пропускания линейного тракта определяют так (5.3) П П С П НС / К ЧАП , где К ЧАП - коэффициент частотной автоподстройки. Обычно принимают КЧАП 10 25 , что вполне обеспечивает устойчивость петли частотной автоподстройки. Может быть применена и фазовая автоподстройка частоты гетеродина с коэффициентам автоподстройки К ФАП . При использовании автоподстройки частоты гетеродина полосу пропускания преселектора определяют из соотношения (5.2), а полосу УПЧ (5.3). 5.3 Выбор первых каскадов приемника Определив необходимую полосу линейного тракта П, нужно перейти к выбору первых каскадов приемника, обеспечивающих требуемую чувствительность, ограниченную шумом ( внутренними шумами). Для уточнения структуры преселектора первоначально определяем шумовую полосу линейного тракта П Ш (1,1 1,2)П . При приеме АМ сигналов определяем величину допустимого отношения сигнал/шум на входе приемника: (5.4) F (k 2 mА2 ) , ВХ ВЫХ В 2П mA П Ш где ВЫХ - отношение сигнал/шум на выходе приемника, равное 20 дБ (10 раз); k П - пик-фактор. При испытании приемника синусоидально модулированным сигналом k П 2 ; m А 0,3 - коэффициент модуляции сигнала. 15 При приеме ЧМ сигналов минимальное отношение сигнал/шум на входе приемника ÂÕ можно рассчитать по формуле ВХ ВЫХ k П2 FВ 3 m2 П Ш , где m f m FB - индекс частотной модуляции; ВЫХ - входное соотношение сигнал/шум, равное 26 дб (20 раз) для монофонического приемника, или 50 дб (316 раз) – для стерео. Если реальная чувствительность задана в виде величины э.д.с. À0 сигнала в антенне, то следует вычислить допустимый коэффициент шума из условия 2 (5.5) Ø Ä ( À2 0 / ÂÕ Å Ï2 hÀ2 ) /( 4kT0 Ï Ø RÀ ) где À0 - заданная чувствительность приемника; k = 1.38 10-23 Дж/град –постоянная Больцмана; Т0 =290К – стандартная температура приемника в градусах по Кельвину; RА – внутреннее сопротивление приемной антенны. Параметры антенны выбирают из табл. 5.3 /4/, где hА - действующая высота антенны. Через неё можно найти э.д.с. на входе приемника, если чувствительность задана в виде напряженности электромагнитного поля Е А.0 в точке приема А.0 E А0 hА ; L – геометрические размеры антенны; ЕП - напряженность поля помехи в точки приема. Таблица 5.3 Эквивалентные параметры антенны. Тип антенны Диапазон RА, Ом hА, м Внешняя Штыревая, длиной L Автомобильная штыревая Магнитная Штыревая ДВ, СВ, КВ КВ 150 - 400 60 - 120 3–6 L/2 ДВ, СВ 60 - 120 L/2 ДВ, СВ УКВ 10 - 20 20 -30 (1,5-8)10-3 0,5 Ориентировочное значение уровня помех можно оценить по кривым рис. 5.5. Если учитывается несколько независимых источников помех с напряженностью ЕП1 , ЕП 2 ,... , то Е П2 Е П2 1 Е П2 2 ... . Коэффициент шума супергетеродинного приемника равен Ш 0 Ш ВЦ ( ШУРЧ 1) К Р. ВЦ ( Ш ПЧ 1) К Р. ВЦ К Р.УРЧ ... , (5.6) где Ш ВЦ , Ш УРЧ , Ш ПЧ - коэффициент шума входной цепи, УРЧ и преобразователя соответственно; К Р. ВЦ , К Р.УРЧ - коэффициент передачи по мощности входной цепи и УРЧ соответственно. 16 Eп мкВ/м 5 100 4 3 10 1 2 1 6 0,1 0,01 0,1 1 10 100 f, МГц Рис. 5.5. Зависимость напряженности поля внешних помех от частоты 1- средний уровень атмосферных помех днем; 2- ночью; 3- при местной грозе; 4- средний уровень промышленных помех в городах; 5 – в сельской местности; 6 – максимальный уровень космических помех. Последнее выражение показывает, что для достижения высокой чувствительности первые каскады приемника должны быть с малым коэффициентом шума и большим коэффициентом усиления. В таблицы 5.4 приведены предельные характеристики первых каскадов приемников, где ШТР - коэффициент шума транзистора. Из таблицы 5.4 следует, что УРЧ имеет меньший коэффициент шума, чем преобразователь частоты. Однако увеличение числа каскадов УРЧ заметно усложняет приемник. Обычно в ДВ и СВ диапазонах допустимый коэффициент шума Ш Д всегда оказывается больше коэффициента шума проектируемого приемника Ш О , т.е. Ш Д Ш О .Это в свою очередь означает, что в ДВ и СВ диапазонах необходимая чувствительность может быть достигнута, если первым каскадом будет преобразователь частоты. В КВ диапазоне обычно не требуется более одного, а в УКВ – более двух каскадов УРЧ. И так, первые каскады приемника выбираем из следующих соображений. Если уровень внешних помех в антенне больше приведенного к антенне уровня шума приемника, получаемого при отсутствии УРЧ, то не имеет смысла снижать коэффициент шума за счет введения УРЧ. Поэтому, если уровень внешних помех Е П задан, то проверяют условие Е П2 hд2 5(4kT0 Ш 0 R А ) (5.7) 17 Если это условие выполняется, то первым активным каскадом приемника должен быть преобразователь частоты на транзисторе. Таблица 5.4 Предельные характеристики первых каскадов радиоприемных устройств для умеренно высоких частот Минимально Максимально Вид каскада достижимый достижимый коэффициент шума коэффициент передачи по мощности, К Р 0,15Y21Э Y12Э 2 ШТР Усилитель на транзисторе с ОЭ 0,25Y21Э Y12Э 2 ШТР Усилитель на транзисторе с ОБ 0,2Y212 Э (Y122 Э Y12ЭY22Э ) 2 ШТР Каскодная схема ОЭ ОБ 0,15S CСЗ 2 ШТР Усилитель на полевом транзисторе с ОИ 0,25S CСИ 2 ШТР Усилитель на полевом транзисторе с ОЗ 0,07Y21Э Y12Э 4 ШТР Преобразователь на транзисторе с ОЭ 0,09Y21Э Y22Э 4 ШТР Преобразователь на транзисторе с ОБ Если неравенство (5.7) не выполняется или уровень внешних помех не учитывается, то необходимо рассчитать допустимый коэффициент шума Ш Д согласно (5.5). Далее следует сделать предварительный выбор активного элемента для первого каскада приемника согласно рекомендаций раздела 5.6.1. Первоначально предполагаем, что первым каскадом будет преобразователь частоты, для которого из таблицы 5.4 находим коэффициент шума преобразователя Ш ПЧ 4ШТР . Если Ш ПЧ Ш Д , то первым каскадом приемника должен быть преобразователь частоты. При Ш ПЧ Ш Д необходимо добавить один каскад УРЧ, определить для него коэффициент шума ШУРЧ 2 ШТР , коэффициент передачи по мощности К Р.УРЧ и рассчитать ШО ШУРЧ ( Ш ПЧ 1) К Р.УРЧ . Если Ш О Ш Д , то в составе преселектора достаточно одного УРЧ. Если опять Ш О Ш Д , то следует использовать двухкаскадный УРЧ, для которого ШО ШУРЧ .1 ( ШУРЧ .2 1) К Р.УРЧ ( Ш ПЧ 1) К Р.УРЧ .1 К Р.УРЧ .2 . Применение более двух каскадов УРЧ нежелательно из за сильного усложнения схемы преселектора. 5.4. Выбор средств обеспечения избирательности преселектора 18 В приемниках с одним преобразованием частоты ослабление зеркального канала ЗК и прямого канала ПК обеспечивает преселектор. Для радиовещательных приемников различают пять основных структур преселекторов, рис.5.6. Более сложные схемы используют лишь в профессиональных приемниках. Представленные на рис.5.6 схемы имеют в своем составе одно (К) или двухконтурные (КК) избирательные цепи во входной цепи и УРЧ. А ВЦ ПЧ К Э ВЦ А ПЧ К К а) А Э б) ВЦ УРЧ К Э ПЧ К Э в) А ВЦ УРЧ К Э К ПЧ К Э г) А ВЦ К УРЧ К Э К ПЧ Э д) Рис.5.6 Типовые структурные схемы преселектора радиовещательных приемников. К – Одиночный колебательный контур; КК – связанные контура; Э - активный элемент. 19 Для двухконтурной избирательной цепи связь между контурами выбирается близко к критической КР 1 . При этом частотная характеристика имеет наилучшую форму с точки зрения минимальных искажений при максимальной полосе пропускания, избирательность и коэффициент передачи. Варианты рис.5.6 а, в, г предпочтительней при высоких требованиях к чувствительности проектируемого приемника. Это объясняется тем, что одноконтурная входная цепь шумит меньше, чем двухконтурная. При заданном уровне подавления зеркального канала ЗК преселектор должен иметь уровень линейных частотных искажений S И . ПРЕС не более, чем определено техническим заданием. Если заданием на проектирование заданны суммарные частотные искажения S И . , то согласно рекомендациям таб. 5.5 их следует распределить между каскадами приемника и использовать в дальнейших расчетах. Значения S И , представленные в децибелах можно перевести в линейные единицы (разы) по следующей формуле (5.8) S раз 10 S дБ 20 При проектировании радиовещательного приемника обычно значение промежуточной частоты заданно. Согласно ГОСТ - 5651-89 оно, как правило, равно 465 кГц или 1,84 МГц для АМ тракта и 10,7 МГц для ЧМ тракта. Для расчета преселектора первоначально выбираем наиболее простой вариант схемы, рис. 5.6,а и для минимальной частоты диапазона f 0. МИН по заданному уровню искажений S И . ПРЕС по обобщенной кривой 1 избирательности преселектора, приложение 5 определяем значение обобщенной расстройке И . Далее вычисляем минимальное допустимое по уровню частотных искажений эквивалентное затухание нагруженного контура d Э.И П ( f 0.МИН И ) (5.9) Очевидно, что на более высокой частоте диапазона уровень искажений S И . ПРЕС будет меньше. Таблица 5.5 Распределение линейных частотных искажений по каскадам приемника УПЧ, Детектор, УЗЧ, S И . , Диапазон Преселектор, дБ дБ дБ дБ частот дБ ДВ 6 -10 2–7 0,5 – 1 1–5 до 18 СВ 3-6 2–7 0,5 – 1 1–5 до 14 КВ 1-2 2-7 0,5 - 1 1-5 до 12 УКВ 1 1 1-2 1-2 до 6 Эквивалентное затухание контура d Э. МИН для частоты f 0. МИН , с учетом допустимого уровня искажений преселектора S И . ПРЕС , следует принять равным 20 d Э. МИН d Э. И , если d Э. И d 0. МИН g или d Э. МИН d 0. МИН g , если d Э. И d 0. МИН g , где d 0. МИН - минимальное достижимое конструктивное затухание контура; g - коэффициент шунтирования контура нагрузкой (первым каскадом). Значение d 0. МИН и g следует выбрать из таблицы 5.6 Далее определяем обобщенную расстройку зеркального канала ЗК в наихудших условиях, т.е. для верхней частоты диапазона f 0. МАК (5.10) f ЗК f 0.МАК 1 ЗК d Э.МАК f 0.МАК f ЗК где f ЗК f 0. МАК 2 f ПР - частота зеркального канала при верхней настройки частоты гетеродина; - эквивалентное затухание контура на максимальной частоте диапазона f 0. МАК . Таблица 5.6 Минимальные достижимые конструктивные затухания контуров и значения коэффициентов g Диапазон частот Затухание конура Коэффициент g d 0. МИН МГц для полевых для биполярных транзисторов транзисторов 0,1 – 1,5 0,03 – 0,0125 1 1,5 – 2,0 1,5 – 6,0 0,025 – 0,01 1,1 2,0 – 2,2 6,0 – 30 0,02 – 0,008 1,2 2,2 – 2,5 30,0 - 300 0,006 – 0,01 1,3 2,5 – 3,0 d Ý .ÌÀÊ d Э. МАК d Э. МИН , если шунтирование контура со стороны нагрузки достаточно слабое, например как для полевого транзистора. В общем случае эквивалентное затухание нагруженного контура зависит от частоты, однако эта зависимость неоднозначна, трудно потдается расчету, поэтому будем считать, что d Ý .ÌÀÊ d Ý .ÌÈÍ , т.е. не зависит от частоты и для биполярного транзистора. При этом избирательность по зеркальному каналу для простейшего преселектора (схема рис.5,4а,в)_ равна (5.11) ЗК 10n lg( 1 ЗК 2 ) [дб], где n - число независимых контуров преселектора. Если не удается обеспечить избирательность по зеркальному каналу ЗК простым преселектором, то следует перейти к более сложной схеме преселектор, рис. 5.6,в. В этом случае снова, по заданному уровню 21 искажений S И . ПРЕС по кривой 2, приложения 5 определить значение обобщенной расстройке И и повторить расчет заново, согласно выражений (5.9 -5.11). Если придется выбирать структуру преселектора со связанными контурами, рис. 5.6, б, то значение обобщенной расстройки И находят по кривой 1, приложения 7. Далее расчет ведется аналогично: по выражению (5.9) рассчитывают допустимое, по уровню частотных искажений, эквивалентное затухание нагруженного контура d Э.И ; по выражению (5.10) обобщенную расстройку ЗК зеркального канала. При этом избирательность ЗК по зеркальному каналу оценивают по кривой 1, приложения 8 по рассчитанному значению ЗК . Для структурных схем, рис.5.6, г,д при расчете избирательности по зеркальному каналу следует учитывать отдельно и одиночный контур и полосовой фильтр. Может оказаться, что заданную избирательность по зеркальному каналу ЗК не удается обеспечить ни одним из преселекторов, представленных на рис.5.6. В этом случае следует перейти к двойному преобразованию частоты и выбрать: для тракта ЧМ f ПР1 10,7МГц , f ПР2 1,84МГц ; для тракта АМ в коротковолновом диапазоне f ПР 1,84МГц , f ПР2 465кГц . Для бытового радиовещательного приемника не всегда приемлемо по конструктивным и экономическим соображениям иметь в преселекторе три перестраиваемых колебательных контура (плюс один в гетеродине). Это так же может служить основанием для перехода к двойному преобразованию частоты. Обеспечив в преселекторе избирательность по зеркальному каналу при допустимом уровне частотных искажений, следует оценить избирательность ПК преселектора по прямому каналу. Очевидно, что оценку ПК следует выполнить на том конце диапазона, где избирательность наихудшая. Для независимых контуров в преселекторе (5.12) ÏÊ 10n lg( 1 ÏÊ 2 ) где ПК f 1 f ПК 0 . dЭ f0 f ПК В последнем выражении f 0 f 0.МАК и d Э d Э.МАК для ДВ диапазона. В остальных случаях f 0 f 0.МИН и d Э d Э.МИН ( при условии, что f ПР 465 кГц. Если в преселекторе используются полосовые фильтры, то для оценки избирательности по прямому каналу следует воспользоваться обобщенными кривыми избирательности приложений 5-8. Если ПК менее заданного, то для ее повышения нужно применить заградительный фильтр. 5.5 Выбор средств обеспечения избирательности по соседнему каналу 22 Избирательная система УПЧ должна удовлетворять требованиям к полосе пропускания, при заданном ослаблении и избирательности по соседнему каналу. При этом следует учитывать и избирательные свойства преселектора. Тогда ослабление по зеркальному каналу УПЧ равно (5.13) СК .УПЧ СК СК . ПРЕ , где СК - избирательность по соседнему каналу, согласна техническому заданию; 2 - избирательность по соседнему каналу СК . ПРЕ 10nld (1 СК . ПРЕ ) преселектора на верхнем конце диапазона f 0.МАК для n независимых контуров. Обобщенную расстройку преселектора для соседнего канала можно оценить по приближенной формуле СК . ПРЕ 2f СК (d Э. МАК f 0.МАК ) . Если преселектор содержит связанные контура, то оценку его избирательных свойств для соседнего канала проводят по обобщенным кривым избирательности приложений 7. При выборе избирательной системы УПЧ необходимо учитывать следующее. УПЧ, состоящий из одноконтурных усилительных каскадов, настроенных на f ПР характеризуется простой настройкой, стабильностью характеристик при изменении параметров активных элементов. Такие усилители применяются, если требуется небольшое усиление от УПЧ (≈ 103), при невысоких требованиях к избирательности. Усилители с двухконтурными полосовыми фильтрами имеют более высокую избирательность и высокую стабильность характеристик. При увеличении связи между контурами в двухконтурном полосовом фильтре прямоугольность АЧХ улучшается, однако при связи более критической увеличивается неравномерность АЧХ в полосе пропускания, усложняется настройка и усиливается зависимость от изменения параметров активных элементов. Коэффициент усиления усилителя с двухконтурным полосовым фильтром больше, чем у усилителя с одиночным контуром. Наиболее высокими избирательными свойствами обладают фильтры сосредоточенной избирательности (ФСИ). Это, прежде всего монолитные пьезокерамические и электромеханические фильтры, которые широко используются в бытовой приемно-усилительной аппаратуре. ФСИ легко можно построить на LC-контурах. В данном разделе следует выполнить расчет избирательных цепей УПЧ для следующих случаев: - УПЧ на одиночных, настроенных контурах; - УПЧ с двухконтурными полосовыми фильтрами; - УПЧ с монолитным фильтром (выбрать); - УПЧ с ФСИ на LC контурах. Выполнив расчет для четырех указанных случаев избирательных цепей УПЧ, следует обосновать один из них, указав критерии его целесообразности. 23 5.5.1 Расчет УПЧ на одиночных настроенных контурах и УПЧ с двухконтурными полосовыми фильтрами При обосновании избирательной системы УПЧ возможны случаи когда значение промежуточной частоты либо задано, либо не задано. Рассмотрим это случаи отдельно. Первый случай. В техническом задании заданы значение промежуточной частоты f ПР , ослабление на краях полосы пропускания П .УПЧ , согласно таблицы 5.5 и согласно (5.13) рассчитано необходимое ослабление соседнего канала в УПЧ СК .УПЧ . В этом случае целесообразно воспользоваться графиками приложений 5 - 8. Предварительно выберем конструктивное затухание контуров избирательной системы d 0 . Здесь можно поступить следующим образом: - для УПЧ с одиночными, настроенными контурами принимаем конструктивное затухание d 0 П f ПР , если d 0 (0,004 0,005) , иначе d 0 (0,004 0,005) ; - для УПЧ с двухконтурными полосовыми фильтрами принимаем конструктивное затухание d 0 П ( П .УПЧ f ПР ) , если d 0 (0,004 0,005) , иначе d 0 (0,004 0,005) . Обобщенную расстройку П.УПЧ находим по кривой 1 приложения 7 по известному значению П .УПЧ . Первый шаг расчета. По графику приложения 5 или приложения 7 для П .УПЧ и выбранной избирательной системы определяем значение обобщенной расстройке П.УПЧ для краев полосы пропускания и вычисляем необходимое эквивалентное затухание контуров УПЧ d Э.УПЧ П ( П .УПЧ f ПР ) . Если d Э.УПЧ d 0 , то принимаем d Э.УПЧ d 0 , в противном случае оставляем полученное значение d Э.УПЧ . Второй шаг. Вычисляем обобщенную расстройку для соседнего канала СК 2f СК (d Э.УПЧ f ПР ) , где f СК - абсолютная расстройка соседнего канала. Третий шаг. По графику приложения 6 или приложения 8 находим ослабление по соседнему каналу СК .УПЧ , которое достигается в выбранной избирательной системе. В начале расчета выбирают наиболее простую селективную систему (одиночный контур), а затем ее усложняют ( два, три и т.д. одиночных контура) до тех пор, пока ни достигнут необходимого значения избирательности СК .УПЧ СК .УПЧ . Аналогично проводят расчет для УПЧ с двухконтурным полосовым фильтром. Результаты расчета следует свести в таблицу с указанием промежуточных результатов. 24 В качестве примера в таблице 5.7 приведены результаты расчета избирательной системы УПЧ для f ПР 465кГц , П 6,4кГц , при П .УПЧ 6дБ и f СК 9кГц . Расчет ведется до тех пор, пока не будет достигнуто необходимое значение ÑÊ для физически приемлемого значения числа каскадов УПЧ .ÓÏ× N. Кривые избирательностей, представленные в приложениях 5 - 8 построенны по следующим соотношениям: [ 1 2 ]n , для N – каскадного УПЧ с одиночными контурами; [0.5 4 4 ]n , для N – каскадного УПЧ с двухконтурными полосовыми фильтрами при критической связи между контурами 1 . Если потребуется определить избирательность фильтра, при 1 , следует воспользоваться следующими соотношениями: 1 (1 ) 4 2 2 (1 2 ) (1 2 ) 2 , при 1 ; 1 2 4 2 2 (1 2 ) (1 2 ) 2 , при 1 . Здесь предполагается, что контура фильтров идентичны. Второй случай. Значение промежуточной частоты не задано, а заданы (или рассчитаны) полоса пропускания П , ослабление на краях полосы пропускания П .УПЧ , согласно таблицы 5.5, и согласно (5.13) рассчитано Таблица 5.7 Результаты выбора избирательных цепей УПЧ Избирательная цепь Параметры d Э.УПЧ К- колебательный контур; СК П ÑÊ .ÓÏ× ,[дБ] ДПФ – двухконтурный полосовой фильтр 1К 1,65 0,0083 4,66 13,5 2К 1 0,014 2,76 19 3К 0,78 0,018 2,15 23 4К 0,62 0,022 1,76 25 … … … … … 1ДПФ 1,85 0,0074 5,23 23 2ДПФ 1,41 0,0098 3,95 36 3ДПФ 1,24 0,011 3,52 48 4ДПФ 1,14 0,012 3,23 58 необходимое ослабление соседнего канала в УПЧ СК .УПЧ . Особенность этого случая состоит в том, что из трех зависимых величин (полосы пропускания, промежуточной частоты и эквивалентного затухания контуров), известно только значение полосы пропускания П . Поэтому, руководствуясь требованиями ГОСТ 5651-89 (приложение 1), предварительно задаемся значением промежуточной 25 частоты f ПР.ПРЕД и выбираем конструктивное затухание контуров УПЧ d 0 . Первоначальное значение d 0 можно принять равным: - для УПЧ с одиночными, настроенными контурами принимаем конструктивное затухание d 0 П f ПР. ПРЕД , если П f ПР. ПРЕД (0,004 0,005) , иначе d 0 (0,004 0,005) ; - для УПЧ с двухконтурными полосовыми фильтрами принимаем конструктивное затухание d 0 П ( П .УПЧ f ПР. ПРЕД ) , если П ( П .УПЧ f ПР. ПРЕД ) (0,004 0,005) , иначе d 0 (0,004 0,005) . Обобщенную расстройку П.УПЧ находим по кривой 1 приложения 7 по известному значению П .УПЧ . Первый шаг расчета. Принимаем: d Э.УПЧ d 0 1 ( N ) , если 1 ( N ) 1 , иначе d Э.УПЧ d 0 , если 1 ( N ) 1 , где 1 ( N ) - функция числа каскадов, значение которой выбирают из таблицы 5.8. В этой таблицы значения функции 1 ( N ) соответствует полосе П на уровне 0,707. При других уровнях полосы пропускания следует либо перераспределить линейные искажения, согласно рекомендациям таблицы 5.5, либо вычислить значения 1 ( N ) , согласно /8,9/ 1 (N ) 1 1 N 2 1 , где γ – неравномерность полосы пропускания УПЧ; N – число избирательных каскадов. Таблица 5.8 Значения функции 1 ( N ) Вид избирательной Число избирательных каскадов, N цепи 1 2 3 4 5 6 колебательный контур 1,0 1,56 1,96 2,3 2,56 2,86 двухконтурный полосовой 0,71 0,88 0,99 1,07 1,14 1,2 фильтр, 1 Второй шаг. Для известного значения СК .УПЧ по графику приложения 6 или приложения 8 находим обобщенную расстройку для соседнего канала СК и определяем условие для выбора промежуточной частоты СК (5.14) f ПЧ 2f СК ( СК d Э.УПЧ ) , где f CК - абсолютная расстройка соседнего канала. Если СК (5.15) f ПЧ f ПЧ . ПРЕД , 26 то выбранная избирательная система позволяет обеспечить необходимую избирательность по соседнему каналу при полосе пропускания П и выбранном значении промежуточной частоты и окончательно принимаем для дальнейших расчетов f ПЧ f ПЧ .ПРЕД . При не выполнении условия (5.15) избирательную систему усложняют и повторяют расчет заново. Если количество избирательных каскадов УПЧ, необходимое для достижения заданной избирательности П .УПЧ по каким либо соображениям окажется неприемлемо, то необходимо использовать ФСИ. Такое может наступить, например, когда число избирательных цепей окажется больше числа усилительных каскадов УПЧ и преобразователя вместе взятых. 5.5.2 Выбор фильтра сосредоточенной избирательности для УПЧ Если в УПЧ предполагается использовать ФСИ, то его следует включить в качестве нагрузки преобразователя, либо в первом каскаде УПЧ. При этом необходимое усиление обеспечивают апериодическими или широкополосными резонансными каскадами. Параметры некоторых монолитных фильтров с резонансными частотами 465 кГц и 10,7 МГц приведены в таблицы 5.9, таблицы 5.10. По исходным значениям f ПР , П , S È .ÓÏ× и СК .УПЧ выбирают конкретный тип фильтра. При использовании ФСИ следует иметь в виду, что он вносит определенные затухания, которые должны быть компенсированы дополнительным усилением в УПЧ. Таблица 5.9 Основные параметры пьезокерамических фильтров Средн Полоса Затухание при Затухание Сопротивление Тип яя пропус расстройке 9 в полосе согласование, частот кания кГц, дБ, не пропуска кОм а, кГц на менее ния, дБ, источни нагрузк уровне не более ка и 6 дБ, сигнала кГц ПФ1П465 7 - 9,5 40 8 1,2 0,6 1М ПФ1П-2 465 8,2 40 8 1,2 0,6 12,5 ПФ1П465 10,526 9,5 2 2 022 14,5 ПФ1П465 8 – 11,5 40 9,5 2 2 023 ПФ1П465 8 – 11,5 35 9,5 2 2 024 ПФ1П465 8 – 11,5 30 9,5 2 2 025 ПФ1П465 7 – 10,5 26 9,5 2 2 27 026 ПФ1П027 ПФ1П041 ПФ1П042 ПФ1П043 ФП1П60,01 ФП1П60,02 465 8 – 11,5 35 9,5 2 2 465 55 12 2 2 456 4,6 – 7,8 4,6 – 7 50 12 2 2 465 4,6 – 7 46 12 2 2 465 4- 6 40 6 3 3 465 8 - 11 40 6 3 3 465 465 10700 8 – 11 12 - 14 150-200 40 30 - 6 6 10 3 3 0,33 3 3 0,33 ПФ1П049а ПФ1П10700 200-280 10 0,33 0,33 049б SFE10,7M 10700 280* 50** 4-6 0,3 0,3 A5-A SFE10,7M 10700 230* 50** 4-6 0,3 0,3 S2-A SFE10,7M 10700 180* 50** 4,5 - 7 0,3 0,3 S3-A Примечание: Полоса пропускания фильтра ПФ1П-049а на уровне -26 дБ не более 505 кГц, фильтра ПФ1П-049б – не более 585 кГц; *полоса задана на уровне -3дб; **по соседнему каналу. Таблица 5.10 Основные параметры электромеханических фильтров. Тип фильтра Параметры фильтра ЭМФП-5- ЭМФП-5- ЭМФП-5- ЭМФП-5465-6 465-9 465-13 465 Средняя частота, кГц 465 465 465 465 Полоса пропускания на уровне 5,6 – 6,4 8,4 – 9,6 12,2-13,8 6±0,8 3 дБ, кГц Затухание при расстройке 56 42 26 56 10 кГц, дБ, не менее Затухание в полосе пропускания, не менее, 0,118 0,143 0,125 0,35 раз Сопротивление сигнала 110 10 10 10 28 согласование, нагрузки кОм Емкость настройки, пФ Коэффициент прямоугольности при ослаблении 1000 1 1 1 1 1500 2200 3300 3000 3,5 4 6 3,5 В таблице 5.10 заданно затухание фильтра при расстройке ±10 кГц 10 , а техническим заданием предусмотрена расстройка соседнего канала ±9 кГц. Чтобы найти затухание фильтра 9 при расстройке ±9 кГц предположим, что затухание в децибелах изменяется линейно с расстройкой, тогда 9 (9 П 2)( 10 3) 3. 10 П 2 Входное и выходное сопротивления ФСИ, как правило, отличаются от входного и выходного сопротивления активных элементов. Поэтому эти фильтры необходимо согласовывать, например, через широкополосный контур или согласующий трансформатор /7,8/. Пьезокерамические фильтры не сильно критичны к сопротивлению нагрузки, поэтому их можно подключать к базе транзистора следующего каскада непосредственно. 5.5.3 Расчет фильтра сосредоточенной избирательности на LC контурах. В некоторых случаях ФСИ возможно спроектировать на LC – контурах, звенья которого согласованны по характеристическому сопротивлению. Структура ФСИ показана на рис.5.7,а, где собственно фильтр представляет собой цепочку звеньев, настроенных на среднюю частоту полосы пропускания f 0 и согласованных по характеристическому сопротивлению ; АЭ1, АЭ2 – активные элементы (транзистор) с входным RВХ и выходным RВЫХ сопротивлениями; СЗ1, СЗ2 – согласующие звенья, обеспечивающие согласование фильтра с активными элементами. Наибольшее распространение в радиоприемных устройствах получили П – образные полосовые звенья (рис. 5.7,б) типа 4 (рис.5,7,в) с емкостной связью между контурами или типа 3 (рис.5.7,г) с индуктивной связью. Фильтры оказываются достаточно простыми, но его АЧХ несимметрична при больших расстройках. Формирование трехзвенного ФСИ на LC – контурах показано на рис.5.8. При этом колебательные контура соседних звеньев соединяются параллельно и общее число фильтров уменьшается. Так N – звенный фильтр содержит не 2N а (N+1) контуров, причем крайние контура отличаются от остальных в два раза большей индуктивностью и в два раза меньшей емкостью. Необходимое число звеньев фильтра рассчитывают исходя из требований полосы пропускания П , избирательности по соседнему каналу. В радиовещательных приемниках обычно бывает достаточно 3 – 6 звеньев фильтра. 29 Rвых.1 n1 АЭ1 СЗ1 n2 Rвых.2 СЗ2 АЭ2 а) Z1 2L 2Z2 C/2 2L 2L 2R 2R C/2 2Z2 б) в) М C/2 C/2 К г) Рис.5.7 Структурная схема ФСИ и схемы его звеньев. 30 VT2 n1 VT1 C1 Cэ=С/2 C L1=2L Cэ Rэ R ф C1 Cф C1 Rэ Cэ=С/2 C L n2 L =2L L 1 L RБ1 СБ RБ2 -Еп Рис.5.8. Схема формирования трехзвенного ФСИ. Более высокими характеристиками обладают полиноминальные фильтры Чебышева, Баттерворса. У таких фильтров число звеньев, добротность и связь между контурами выбираются произвольно. Расчет ФСИ с LC – контурами Чебышева и Баттерворса можно найти в /7, 8/. Рассмотрим расчет числа каскадов ФСИ со звеньями 4 , рис. 5.7,б. Первым шагом следует оценить конструктивно реализуемую добротность контуров (5.16) Q К 2 2 f ПР П . Если QК 200 250 , фильтр может быть реализован. Далее расчет ведется графо-аналитическим методом. Второй шаг. Задаемся конструктивной добротностью контуров фильтра из условия (5.16) и определяем обобщенную добротность первого приближения 1 2( f ПР / П ) / QК . Третий шаг. Определяем неравномерность АЧХ, вносимую одним звеном фильтра П1[дБ ] П .УПЧ N и по графику рис.5.9,б в зависимости от П 1 и 1 находим переходной коэффициент . Найденный коэффициент позволяет определить обобщенную добротность 1 и рассчитать разность частот среза f 2 f1 П . Четвертый шаг. Найдем обобщенную расстройку 2f СК ( f1 f 2 ) и по графику рис.5.9,а, в зависимости от и , определяем избирательность по соседнему каналу одного звена фильтра СК 1 . Пятый шаг. От избирательности СК 1 одного звена переходим к избирательности N-звенного фильтра СК .УПЧ N СК 1 , где = 3÷6 дБ – поправка на ухудшения избирательности вследствие рассогласования фильтра с источником сигнала и нагрузки. Шестой шаг. Согласно значению , по графику рис.5.9,в определяем коэффициент передачи проектируемого фильтра. Первоначально расчет ФСИ ведется для минимального значения N=3, затем 4, 5 и так до тех пор, пока не будет достигнуто необходимое значение Cэ 31 избирательности СК .УПЧ . Дальнейший расчет ФСИ для найденного значения N следует проводить согласно рекомендациям /7,8/. В качестве примера рассмотрим расчет ФСИ для f ПР 465 кГц, П 8 кГц при П.УПЧ 6 дБ и f СК 9 кГц. Задаемся конструктивной добротностью контура из условия (5.16) QК 2 2 f ПР П 2 2 465 / 8 164 . Принимаем QК 180 и определяем обобщенную добротность первого приближения 1 2( f ПР / П ) / QК 2 * 465 / 8 / 180 0,65 . Результаты дальнейшего расчета, соответствующие шагам 3 – 6, сведены в таблицу 5.11. Таблица 5.11 Результаты расчета ФСИ N П1 f 2 f1[кГц ] СК 1 [дБ ] СК .УПЧ [дБ ] КФСИ [ раз ] 4 6 8 1,5 1 0,75 0,8 0,75 0,68 0,52 0,49 0,44 10 10,66 11,75 1,8 1,69 1,53 6,3 6 5,7 22 33 42 0,35 0,22 0,18 Значение коэффициента передачи ФСИ определено по графику, рис.5.9,в. Выполнив расчет избирательных цепей УПЧ на одиночных настроенных контурах, с двухконтурными полосовыми фильтрами, с ФСИ на LC – контурах, а так же выбрав монолитный фильтр, следует сравнить результаты расчета и выбрать один из вариантов, который и будет реализован в проектируемом приемнике. 32 ск.1 0 дБ 1,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 5 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 10 15 0 1 2 а) Кф п1 3дБ N=1 1 0,8 2 2 0,8 0,6 1,5 1 0,6 3 0,4 0,8 0,6 0,4 4 5 0,2 0,4 0,3 6 0,2 0 0,4 0,8 1,2 б) 1,6 2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 в) Рис.5.9. Обобщенные характеристики ФСИ. 5.6. Распределение усиления в тракте радиоприемного устройства. На данном этапе эскизного проектирования следует определить структуру приемника с точки зрения использования активных элементов. Наиболее 33 вероятно и предпочтительно использование специализированных или универсальных интегральных микросхем при составлении принципиальной схемы приемника. Однако, в учебных целях, чтобы студент более четко представил структуру приемника, имеет смысл первоначально предположить, что схема как бы выполняется на активных дискретных элементах. В дальнейшем, при выборе и обосновании интегральных микросхем, рассчитанную структуру следует сопоставить с функциональным составом микросхем и сделать вывод о целесообразности того или иного выбора. Преподаватель может предложить студенту выполнить расчет отдельных каскадов радиоприемника на дискретных элементах. 5.6.1 Высокочастотные параметры транзисторов При выборе активных элементов необходимо учитывать диапазон рабочих частот, требования по чувствительности, многосигнальной избирательности и некоторые другие конструктивные особенности, которые обычно оговариваются в техническом задании. При выборе частотных свойств активного элемента следует учесть, что в схеме с общим эмиттером достаточно большой устойчивый коэффициент усиления получается, если максимальная рабочая частота f 0.МАК менее 0,15 f ГР . В справочной литературе обычно указывают следующие параметры биполярных транзисторов: - h21Э - статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ; - К - постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте; - С К - емкость коллекторного перехода; - f ГР - граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ. Иногда вместо f ГР приводится значение модуля коэффициента передачи тока h21Э на заданной частоте f . В этом случае f ГР f h21Э . На основании этих справочных данных можно оценить Y – параметры транзисторов на частотах до 500 МГц. Формулы для расчета Y- параметров биполярных транзисторов в схеме с ОЭ приведены в таблице 5.12. При расчете Y – параметров предварительно рассчитываются: - rБ К / СК - активное сопротивление базы; - h11Б 26 / I Э rБ / h21Э - входное сопротивление транзистора в схеме с ОБ на низкой частот. В данном выражении ток эмиттера I Э берется в миллиамперах; - f S f ГР h11Б / rБ - граничная частота, при которой крутизна характеристики в схеме с ОЭ уменьшается на 3 дБ; - коэффициенты ГР f f ГР и S f f S . 34 Входную, выходную и проходную емкости транзистора можно вычислить следующим образом: С11Э b11Э 2f , C22Э b22Э 2f и C12Э b12Э 2f соответственно. Для нахождения Y – параметров транзистора в схеме с ОБ и при каскодном включении ОЭ – ОБ следует воспользоваться формулами, приведенными в таблице 5.13. Таблица 5.12 Y – параметры биполярного транзистора в схеме с ОЭ Y – параметры Расчетные формулы Y21Э g 21Э jb21Э Y12Э g12Э jb12Э Y22Э g 22Э jb22Э Y11Э g11Э jb11Э g 21Э h21Э [(1 h 21Э )h11Б (1 S2 )] b21Э Y21Э h21Э S [(1 h21Э )h11Б (1 S2 )] g12Э К ( h21Э ГР S ) [h21Э h11Б (1 S2 )] b12Э Y12 Э C К К (1 h21Э ГР S ) [h21Э h11Б (1 S2 )] g 22Э К S [h11Б (1 S2 )] b22Э Y22Э C К К [h11Б (1 S2 )] g11Э (1 h21Э ГР S ) [h21Э h11Б (1 S2 )] b11Э Y11Э ( h21Э ГР S ) [h21Э h11Б (1 S2 )] h21Э [(1 h 21Э )h11Б (1 S2 ) ] C К 3СК 2 2 2 (1 h21 Э ГР ) (1 S ) (h21Э h11Б ) Таблица 5.13 Связь Y- параметров для различных схемах включения транзисторов Параметры Схема включения транзистора ОБ ОЭ – ОБ Y11 Y 12 Y21Э (Y Y Y21 Y Y21Э Y 22 12 Э 22 Э 22 Э ) Y11Э Y12ЭY22Э Y21Э Y 21Э Y12Э Выбирая транзистор, следует иметь в виду, что при S 0,3 падает Y21Э , а значит и усиление каскада. В приложении 9 приведены высокочастотные Y – параметры некоторых транзисторов, рассчитанные по выше приведенной методике. 5.6.2 Распределение усиления и расчет АРУ. При распределении усиления в тракте радиоприемного устройства следует учитывать следующие противоречивые условия. Для уменьшения коэффициента шума приемника следует увеличивать усиление УРЧ. Однако, для повышения многосигнальной избирательности и 35 уменьшению нелинейных эффектов, усиление УРЧ должно быть небольшим. Иначе говоря, усиление до ПЧ должно быть таким, чтобы не перегрузить преобразователь. Принято считать, что максимальный коэффициент усиления УРЧ должен быть не более КУРЧ . МАК (5 10) Ш ПЧ ШУРЧ 10 . Если чувствительность приемника заданна в виде э.д.с. сигнала в антенне А.0 или напряженности поля сигнала Е А.0 у приемной антенны с действующей высотой h Д , то коэффициент усиления линейной части К 0. Л должен быть равен (5.17) Ê 0. Ë U ÂÕ. Ä À.0 2 U ÂÕ. Ä Å À.0 h Ä 2 , где U ÂÕ. Ä - амплитуда сигнала на входе детектора (на выходе УПЧ), обеспечивающая его нормальную работу. Обычно в качестве детектора АМ сигналов используют полупроводниковые диоды, реже – транзисторные детекторы. Диодные детекторы предполагают амплитуду входного сигнала U ВХ . Д 0,5...1В , транзисторные 0,1…0,25 В. Для частотного детектора амплитуду входного сигнала можно принять равной 0,2 … 0,4 В. На данном этапе следует оценить усилительные свойства отдельных каскадов приемника. Дальнейшие расчеты обязательно внесут свои коррективы. Коэффициент передачи входной цепи К 0. ВЦ приемника с фиксированной настройкой можно вычислить следующим образом К 0. ВЦ 1 d Э. ВЦ , где - коэффициент, определяемый по таблицы 5.14. В таблице 5.14 параметр связи между контурами в двухконтурном полосовом фильтре. Таблица 5.14 Значение коэффициента для входных цепей. Тип входной цепи Активный элемент в УРЧ Одноконтурная Полевой транзистор 10 Одноконтурная Биполярный транзистор 100 Двухконтурная Полевой транзистор 10(1 2 ) Двухконтурная Биполярный транзистор 100(1 2 ) Коэффициент усиления УРЧ можно принять равным коэффициенту устойчивого усиления КУСТ , который определяют согласно таблицы 5.15. расчет значения устойчивого коэффициента усиления следует производить для УРЧ и ПЧ – на частоте 𝑓0 , а для УПЧ – на частоте 𝑓ПР . В приемниках с переменной настройкой коэффициенты передач входной цепи и УРЧ изменяются в пределах поддиапазона и при переходе с одного поддиапазона на другой. Характер этих изменений зависит от схемы включения активного элемента и вида связи контуров с активным элементом и нагрузкой. В первом приближении, для оценки усилительных свойств 36 преселектора, воспользуемся данными таблицы 5.16, согласно которой К 0. ВЦ и К 0.УРЧ следует вычислять в трех точках поддиапазона (крайних и средней). Таблица 5.15 Формулы для расчета устойчивого коэффициента усиления. КУСТ Вид каскада усилителя Схема включения активного элемента На полевом транзисторе С общим истоком 0,42 S / 2f 0CCЗ На полевом транзисторе На биполярном транзисторе На биполярном транзисторе Каскодный на полевых транзисторах Каскодный на биполярных транзисторах С общим затвором С общим эмиттером 0.1S 2f 0CСИ С общей базой 0,2 Y21Э Y12Э 0,25 Y21Б Y12Б 2f 0 0,42 S CСЗ (ССЗ С ИЗ ) 0,42 Y21Э Y12Э Y12Э Y22Э При этом значение устойчивого коэффициента усиления следует взять для максимальной частоты поддиапазона. В этом случае коэффициент усиления преселектора будет равен Ê 0. ÏÐÅ Ê 0.ÂÖ Ê 0N.ÓÐ× , где N – число каскадов УРЧ. Значения К 0. ВЦ следует брать минимальным для данного поддиапазона. Далее находим напряжение сигнала на входе преобразователя частоты (5.18) U ÂÕ. Ï× 2 À.0 Ê 0. ÏÐÅ 2 Å À.0 h Ä Ê 0. ÏÐÅ В радиовещательных приемниках обычно преобразователь частоты выполняют на интегральных микросхемах или транзисторах. При этом балансные и кольцевые преобразователи могут применяться лишь, в приемниках высокой группы сложности. Входное напряжение транзисторного преобразователя должно быть не более 50 ÷ 100 мкВ, в крайнем случае не более 300 мкВ. Если U ВХ . ПЧ 300 мкВ следует принять меры к уменьшению К 0.УРЧ . Требуемый коэффициент усиления УПЧ и ПЧ с транзисторным смесителем (5.19) Ê ÓÏ× Ï× k ÇÊ 0. Ë Ê 0. ÏÐÅ , где k З 2÷3 – коэффициент запаса усиления, учитывающий старение электронных элементов, изменение режимов работы, питания и т.п. Предполагая, что преобразователь частоты выполнен на том же активном элементе, что и УПЧ, найдем его коэффициент передачи 37 Ê Ï× 0,25Ê ÓÑÒ (5.20) Тогда КУПЧ КУПЧ ПЧ К ПЧ , а число каскадов УПЧ равно N log КУПЧ log КУСТ . (5.21) Таблица 5.16 Формулы для оценки коэффициента передачи входной цепи и коэффициента усиления УРЧ. Тип связи с Частота поддиапазона Каскад антенной f 0.ÌÈÍ f 0.ÑÐ f 0.ÌÀÊ индуктивная, 0,013 d Ý f 0. АНТ 0,7 f 0. МИН одноконтурная входная цепь внешнеемкостная 0,01 d Э k ПД усилитель с 1,2 КУСТ k ПД одиночным контуром 0,011 d Э 0,01 d Ý 2 2 0,005(k ПД 1) k ПД dЭ 0,01 d Э 0,5КУСТ (1 1,2 k ПД ) КУСТ Значение N округляется до целого числа в большую сторону, а затем окончательно уточняем коэффициент передачи отдельно взятого каскада УПЧ 𝑁 (5.22) 𝐾УПЧ1 = 𝐾УПЧ2 = ⋯ √𝐾 Определив число каскадов преселектора и УПЧ следует найти число каскадов, охваченных АРУ и обосновать постоянную времени цепи АРУ. В АМ-тракте обычно применяют автоматическую регулировку в 2 – 3 каскадах, в ЧМ-тракте можно использовать систему АРУ и ограничение. Наиболее часто используют способ регулирования усиления – регулировка по току эмиттера, реже – эстафетные схемы и схемы с управляемыми делителями напряжения. Усиленная АРУ применяется тогда, когда ее эффективность должна быть достаточна высокой. Число регулируемых каскадов приемника N АРУ должно быть не менее (5.23) N ÀÐÓ D0 D1 , где D1 - изменение коэффициента усиления на каскад в дБ. Обычно значение D1 равно (15 -20) дБ. D0 - изменение коэффициента усиления приемника под действием АРУ. D0 DВХ DВЫХ (5.24) Определяя число каскадов приемника, охваченных АРУ, следует иметь в виду, что для них уровень входного сигнала не должен превышать (20 – 25) мВ. Если уровень входного сигнала регулируемого каскада превышает 25 мВ, то это может привести к недопустимому повышению уровня нелинейных искажений. Выбор постоянной времени АРУ АРУ предполагает, что известна зависимость крутизны регулировочной характеристики каскада от уровня 38 входного сигнала, коэффициент передачи цепи обратной связи АРУ и ряд других параметров. Поэтому, на этапе эскизного проектирования радиовещательного приемника принимаем АРУ 10 2 сек. 5.7 Функциональная схема приемника По результатам проведенного расчета необходимо составить функциональную схему проектируемого приемника, которая отражает суть всех электрических процессов, происходящих в отдельных блоках приемника, а так же устройства в целом. Функциональная схема должна содержать все виды связей отдельных блоков и элементов схемы, которые изображаются в виде условных графических обозначений, а отдельные части – в виде элементов принципиальной схемы. Таким образом, функциональная схема проектируемого приемника должна содержать: - все перестраиваемые и не перестраиваемые избирательные элементы приемника (контура входных цепей, избирательные цепи УРЧ, избирательные цепи УПЧ, контур гетеродина). Данные цепи должны быть представлены элементами принципиальной схемы, которая содержит так же подстроечные элементы и элементы сопряжения (если таковые необходимы). - структурные элементы схемы (например, отдельные усилительные каскада) могут обозначаются отдельным самостоятельным элементом в виде прямоугольника с аббревиатурой. Если усилитель многокаскадный (например, УПЧ), то каждый каскад следует изобразить в виде отдельного самостоятельного блока; - цепи АПЧ и АРУ изображаются таким образом, чтобы было однозначно понятно их функциональный состав. Например, в состав цепи АРУ может входить отдельный детектор (или детектор совмещенный), усилитель цепи АРУ (усиленное АРУ), цепи задержки (задержанное АРУ) и т. д.; - если проектируемый приемник является многодиапазонным, то функциональная схема должна содержать все элементы коммутации, позволяющие переключать диапазоны и поддиапазоны; - на функциональную схемы обязательно выносятся следующие расчетные данные, которые следует расположить рядом с тем элементом, которому они соответствует: - чувствительность проектируемого приемника À.0 (или Å À.0 ) согласно технического задания, а так же уровни сигналов на входе ПЧ U ÂÕ. Ï× , на входе U ÂÕ.ÓÏ× и выходе U ÂÛÕ .ÓÏ× U ÂÕ. Ä УПЧ; - коэффициент передачи всех функциональных элемента для трех точек диапазона f 0.ÌÈÍ , f 0.ÑÐ , f 0.ÌÀÊ ; - параметры контура – конструктивная и эквивалентная добротности (или затухания), полоса пропускания, коэффициент перекрытия и 39 резонансный коэффициент передачи для трех точек диапазона f 0.ÌÈÍ , f 0.ÑÐ , f 0.ÌÀÊ , ; - для элементов преселектора - избирательности по дополнительным каналам приема; - для УПЧ – полоса пропускания, общий коэффициент передачи и коэффициенты отдельных каскадов, избирательность по соседнему каналу. - для каскадов охваченных цепями АРУ - глубину регулировки коэффициента усиления и уровень входного сигнала; - для монолитных фильтров – параметры фильтра. Все указанные параметры являются результатом эскизного расчета приемника. Пример выполнения функциональной схемы трех диапазонного приемника показан на рис. 5.10, где в качестве примера расчетные данные приведены только лишь для одного диапазона частот, которые получены следующим образом. Из (5.17) определяем коэффициент усиления линейной части приемника Ê 0. Ë U ÂÕ. Ä À.0 2 U ÂÕ. Ä Å À.0 h Ä 2 0,75 15 10 6 2 35460 , где, принимаем U ÂÕ. Ä = 0,75 В; À.0 = 15 мкВ – чувствительность приемника согласно технического задания. Коэффициент передачи входной цепи для индуктивной связи контура с антенной оценим по формулам таблицы 5.16 в трех точках диапазона f 0.ÌÈÍ 0,013 d Ý 0,013 / 0,03 0,43 , f 0.ÑÐ 0,011 d Ý 0,011 / 0,03 0,36 , f 0.ÌÀÊ 0,01 d Ý 0,01 / 0,03 0,33 . И рассчитав из таблицы 5.15 коэффициент устойчивого усиления Ê ÓÑÒ Ê ÓÐ× 15 для частоты f 0 ÌÀÊ определяем коэффициент передачи N преселектора Ê 0.ÏÐÅ Ê 0.ÂÖ Ê 0.ÓÐ× 0,33 15 4,95 . Здесь расчет ведем для той частоты, где Ê 0. ÂÖ имеет наименьшее значение. Определяем из (5.18) напряжение сигнала на входе преобразователя значение не U ÂÕ. Ï× 2 À.0 Ê 0. ÏÐÅ 2 15 4,95 105ìê . Полученное приведет к нелинейной работе преобразователя, поэтому продолжаем расчет далее и из (5.18) определяем коэффициент усиления ПЧ и УПЧ Ê ÓÏ× Ï× k ÇÊ 0. Ë Ê 0. ÏÐÅ 2,5 35460 / 4,95 17909 , где k З 2,5 – коэффициент запаса усиления. Предполагая, что преобразователь частоты выполнен на том же активном элементе, что и УПЧ, найдем его коэффициент передачи Ê Ï× 0,25Ê ÓÑÒKÔÑÈ 0,25 15 0,4 1,5 , где K ÔÑÈ 0,4 (-8дб) коэффициент передачи ФСИ. Тогда Ê ÓÏ× Ê ÓÏ× Ï× Ê Ï× 17909 / 1,5 11940 , а число каскадов УПЧ равно 40 N log Ê ÓÏ× log Ê ÓÑÒ log 11940 / log 35 2,64 . Принимаем N =3 и уточняем значение коэффициента усиления одного каскада УПЧ, полагая, что каскады идентичны Ê ÓÏ× .i 3 11940 22,9 . Согласно (5.3) число каскадов, охваченных АРУ равно 2 при D1 =20дб. В последующем, после расчета принципиальной схемы приемника на функциональную схему следует нанести красным цветом все указанные выше параметры, полученные в результате расчета принципиальной схемы. Туда так же наносят значения коэффициентов включения контуров m и n. К 0 МАК= 0,43 ε =15 мкВ А.0 d 0= 0,01 dЭК= 0,03 К 0 СР= 0,36 К0 МИН= 0,33 k д1 = 1,26 d0= 0,01 d ЭК= 0,03 К0 ПРЕС = 4,95 σПР =22 дб W σ ПР= 22 дб 1 1 1 3 3 2 2 3 2 S1.3 L10 S1.4 S1.6 C8 R1 C1 C4 S1.2 C11 C14 +Е п КУСТ = 15 1 1 3 1 3 2 L1 L7 UВХ. ПЧ = 105 мкВ σЗК=18 дб 3 L4 S1.5 σ ЗК =18 дб k д1=1,26 УРЧ S2.5 3 2 2 1 1 3 3 2 S2.3 S2.6 L11 S2.4 L2 3 2 C9 C12 C15 R2 L5 L8 C2 C5 S2.2 +Е п S3.5 1 1 1 3 3 3 2 2 S3.3 L3 2 S3.4 3 3 L12 S3.6 C10 C13 C16 R3 L6 L9 C3 C6 S3.2 1 2 +Е п C7.1 Рис.5.10,а Функциональная схема приемника C7.2 К смесителю, рис.5.10,б 41 К УПЧ = 11940 UВХ. УПЧ= 157,5 мкВ K пч+ф= 1,5 f 0=465 кГц ПЧ σСК =40дб С С выхода преселектора рис.5.10,а Г К3 = 22,9 УПЧ К1 = 22,9 К2 = 22,9 UВЫХ К1= 3,6 мВ ПФ1П-2 К1 К Ф=-8дб D1=20дб UВЫХ.УПЧ= 0,75 В К2 К3 д D1=20дб КУСТ1= К УСТ2 = К УСТ3 =35 П = (8,2 – 12,5) кГц д АРУ R4 C29 k Д1= 1,24 C20 1 3 S1.8 1 2 3 2 C17 S1.7 C23 C26 L13 C21 1 3 S2.8 2 1 3 2 C18 C24 C27 S2.7 L14 C22 1 3 S3.8 2 1 3 2 C19 S3.7 L15 C25 C28 C7.3 Рис.5.10,б Функциональная схема приемника. Продолжение. 6. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПРИЕМНИКА И ЕЕ РАСЧЕТ Выполнив расчет функциональной схемы проектируемого приемника, следует перейти к составлению его принципиальной схемы. В первую очередь следует определиться на какой элементной базе выполним принципиальную схему. Здесь возможны следующие варианты. Первый. Выполнить приемник на специализированной интегральной микросхеме, которая содержит в себе основные функциональные узлы проектируемого приемника, кроме входной цепи. При этом незначительное количество внешних элементов задают режим работы микросхемы. Внешними элементами принципиальной схемы такого приемника являются 42 так же избирательные фильтры УПЧ, входная цепь, контура УРЧ и гетеродина с элементами сопряжения и настройки приемника (КПЕ или варикапы) и времязадающие элементы АРУ. Второй. Выполнить приемник на универсальных микросхемах небольшой степени интеграции, т.е. когда отдельный функциональный элемент приемника выполняется на отдельной микросхеме. Третий. Принципиальная схема приемника выполняется на дискретных элементах. Очевидно, что это не самый оптимальный подход к проектированию, но в учебных целях, когда студент не согласовывает в указанные сроки элементную базу с преподавателем, возможно студент и получить задание рассчитать принципиальную схему на дискретных элементах. Для того, чтобы согласовать элементную базу активных элементов с преподавателям, студенту необходимо выполнить обзор применения интегральных микросхем при проектировании радиоприемных устройств. Для обзора элементной базы следует пользоваться не только справочной периодической литературой, но и ресурсами интернета. Многие периодические печатные издания так же доступны через интернет. Основная информация характеристик электронных компонентов содержится в Datasheet - технической документации, которую можно найти на сайте производителя или других электронных справочниках. Чтобы отыскать техническую документацию на электронный компонент достаточно в доступной вам поисковой системе ввести слово «Datasheet» и в последующем продолжить поиск по названию компонента. Первоначально список рассматриваемых компонентов можно взять из /10 - 12/ и в последующим его следует расширить. Вот неполный список сайтов, где доступны Datasheet большого числа производителей на момент написания данного руководства: - http://www.alldatasheet.com/ ; - http://datasheet.su/ ; - http://www.datasheetarchive.com/ ; - http://www.chipinfo.ru/dsheets/ ; - http://www.radioradar.net/datasheet_search/index.html ; - http://www.pdfsearch.ru/. - http://www.datasheet4u.net/html/ Оригинальную техническую документацию электронных компонентов легко перевести на русский язык, воспользовавшись On-line переводчиком, который так же находиться в сетях интернета. 6.1 Обзор элементной базы 6.1.1 Специализированные микросхемы для построения радиоприемных трактов Использование специализированных микросхем является наиболее оптимальным решением, поскольку схема получается довольно простой, а процесс проектирования наименее трудоемкий. 43 LA1265 PA2021 К174ХА10 АМ АМ АМ + АМ + АМ + + + + + + + + + + АМ + + + + + АМ + + АМ + + + АМ АМ АМ + ЧМ + + АМ АМ + + + ЧМ + + + + + ЧМ + + ЧМ + + + + Отечествен ная TEA5710 + + + + RSA TEA5594 + + АМ + Sonyo TEA5592 + + АМ АМ АМ TNEA5570 + АМ АМ Philips + TDA1083 CXA1030 CXA1019 CXA1191 CXA1280 CX20111 CXA1111 Sony TEA5591 УРЧ ПЧ УПЧ Детекторы АРУ АПЧ Предварительн ый УЗЧ Бесшумная настройка Коммутатор AN7218 AN7266 Тип микросхемы Panasonic AN217/366 Фирмапроизводитель Telefunken Как правило, подобные микросхемы совмещают в себе тракт обработки сигналов – АМ и ЧМ детекторы. В таблице 6.1 приведены некоторые микросхемы для построения совмещенного приемного тракта АМ/ЧМ. Таблица 6.1 Микросхемы для построения АМ/ЧМ приемников + + + + + + + + Philips Sonyo Toshiba Panasonic Siemens Фирмапроизводитель Sony При пользовании таблицей необходимо иметь в виду, что если функциональный блок отмечен знаком «+», то он имеет место быть и для тракта АМ и для тракта ЧМ. Если функциональный блок отмечен символами «АМ» или «ЧМ», то в микросхеме он есть только либо для тракта АМ, либо только для тракта ЧМ соответственно. При выборе микросхемы, рекомендую учитывать наличие внутреннего коммутатора АМ, ЧМ трактов. Он электронным образом переключает частотные диапазоны. Если проектируемый приемник кроме АМ тракта должен содержать законченный тракт стереофонического ЧМ вещание, то можно использовать одну из микросхем, таблица 6.2. Они содержат все необходимый узлы для додетекторной и последетекторной обработки сигналов, и требуется лишь подключить внешние избирательные и времязадающие цепи. Таблица 6.2 Микросхемы, содержащие функционально законченные тракты стереофонических АМ/ЧМ приемников TA2057 LA1867 TUA4300 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Встроенный синтезатор частот + + + + + + LA1851 + + LA1862 LA1836 LA1831 LA1832 TEA5757 TEA5759 CXA20029 TEA5711 TEA5712 + + LA1875 УРЧ, ПЧ, ЧМ Тракт АМ Стереодекодер ЧМ АМ детектор АРУ Предварительный УЗЧ АПЧ Бесшумная настройка AN7001 Тип микросхемы AN7000 44 Еще проще реализация схем тюнеров при использовании интегральных модулей, разработанных фирмами производителями специально для этих целей. Такие решения чаще применяются в автомобильных аудиосистемах, в которых предъявляются жесткие требования по габаритным размерам и компоновке. В таких модулях, таблица 6.3, заключены даже избирательные и времязадающие цепи. Недостатком такого технического решения следует считать их неремонтопригодность и неизменность технических параметров, установленных изготовителем. Для учебного проектирования такое техническое решения не приемлемо. Таблица 6.3 Интегральные модули для построения АМ/ЧМ тюнеров и их технические параметры 2,0 1,7 65 65 35 30 35 40 35 - 35 20 20 25 25 25 26 - - 2,0 2,0 4,0 0,7 70 75 35 40 35 25 18 30 - TUX005A 03SMX25 2,0 CWE1313 03SMX06 1,0 PTY323A 0(ЧМ) 03SMX16 1,0 Sony 03SMX12 Pioneer QAU0003 Чувствительность (FM), мкВ Избирательность по соседнему каналу (FM), дБ Степень разделения стереоканалов, дБ Чувствительность (AM), мкВ Philips VAF6511 Тип микросхемы JVC 02SMK16 (AM) Фирмапроизводитель 45 Избирательность по соседнему каналу (АМ), дБ 35 35 - 50 При выборе специализированной микросхемы первоначально определяют ее функциональное назначение, при этом ее состав должен соответствовать рассчитанной функциональной схеме. Здесь следует обратить внимание на возможность реализации резонансного УРЧ, если он обоснован при расчете функциональной схемы проектируемого приемника. В некоторых случаях целесообразно выполнить УРЧ на отдельном транзисторе. Определившись с функциональным составом микросхемы, переходят к сопоставлению ее параметров на соответствие проведенным расчетам. Основным здесь является соответствие уровня входного сигнала и его динамического диапазона (согласно технического задания), техническим характеристикам микросхемы по входу, с учетом действия АРУ. В процессе выбора микросхемы возможно изменение коэффициентов передач функциональных блоков, расположенных между антенной и микросхемой. Выполняя обзор, следует рассмотреть несколько вариантов возможной реализации схемы приемника, предоставить их преподавателю в установленные графиком сроки. Только преподаватель определяет элементную базу для дальнейших расчетов. 6.1.2 Универсальные микросхемы для построения радиоприемных трактов При таком посторенние принципиальной схемы приемника используют интегральные микросхемы малой и средней степени интеграции. В этом случае отдельно взятая микросхема представляет один или два функциональных узла проектируемого приемника. Например, для построения УРЧ используется одна микросхема, для смесителя – вторая, УПЧ с АРУ – третья, детектор – четвертая. Выполняя обзор, в данном случае можно ориентироваться на /10-13/, где описаны отечественные микросхемы и их зарубежные аналоги. При необходимости следует обратиться к интернету. В первую очередь следует рассмотреть возможность применения микросхем 157, 174, 175 серий и их аналогов. Выбирая микросхему, следует всегда руководствоваться результатами расчета функциональной схемы проектируемого приемника. Навесные элементы, определяющие режим работы микросхемы являются справочными данными и расчету не подлежат. Все остальные элементы принципиальной схемы следует рассчитать и выбрать из ряда номинальных значений, приложения Х. Если придется проектировать приемник на дискретных элементах, то для выбора транзисторов необходимо руководствоваться требованиями раздела 5.6.1. В этом случае расчету подлежат все элементы принципиальной схемы (по требованию преподавателя). 46 6.2 Расчет сопряжения контуров преселектора и гетеродина 47 СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. СТП 2. ГОСТ 24375-80 Радиосвязь. Термины и определения 3. ГОСТ 9783-88 Аппаратура радиоприемная бытовая. Методы электрических измерений. 4. ГОСТ 5651-89 Аппаратура радиоприемная бытовая. Общие технические условия. 5. М.У. Банк. Параметры бытовой приемно-усилительной аппаратуры и методы их измерений, -М.: Радио и связь, 1982.-136с. 6. Радиовещание и электроакустика: Учебник для вузов/А.В. Выходец, М.В. Гитлиц, Ю.А. Ковалгин и др.; Под ред. М.В. Гитлица.-М.: Радио и связь, 1989.-432с. 7. Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. А.П. Сиверса Учебное пособие для вузов. М.,»Сов. радио», 1976. 8. Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств/М.К.Белки, В.Т. Белинский, Ю.Л.Мазор, Р.М.Терещук.киев.6 Выща школа, 1988.-472с. 9. Румянцев К.Е. Прием и обработка сигналов: Учеб. Пособием для высш. Учеб. Заведений- М.: Издательский центр «Академия», 2004.528 с. 10. Микросхемы для аудио- и радиоаппаратуры-3. – М.: Издательский дом «Додэко – ХХI», 2001. – 288с. 11. Атаев Д.И., Болотников В.А. Аналоговые интегральные схемы. Справочник. Изд. МЭИ,1991г. 12. Все отечественные микросхемы. – 2 – е изд. Переработанное и дополненное – М.: Издательский дом «Додэко – ХХI», 2004. – 400с. 13. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник/И.В. Новаченко, В.М. Петухов и др. – М.: КУбК-а, 1996г. – 384 с. 48 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ БЫТОВОЙ РАДИОПРИЕМНОЙ АППАРАТУРЫ 1. Аппаратура должна обеспечить прием сигналов радиовещательных станций в следующих (одном или нескольких) диапазонах частот (волн): ДВ – 148,5 – 283,5 кГц (2020,2 – 1058,2 м); СВ – 526,5 – 1606,5 кГц (569,8 – 186,7 м); КВ – 3,95 – 12,10 МГц (75,9 – 24,8 м); УКВ1 – 65,8 – 74,0 МГц (4,56 – 4,05 м); УКВ2 – 100,0 – 108,0 МГц (3,00 – 2,78 м). Состав диапазонов частот (волн) устанавливают в технических условиях (ТУ) на аппарат конкретного типа. 2. Значение промежуточной частоты и допускаемое отклонение от нее следует выбирать из ряда: (0,076 0,006), (0,456 0,002), (1,84 0,008), (2,9 0,01), (10,7 0,1), (24,975 0,1) МГц. Допускается по согласованию с Государственной комиссией по радиочастотам использовать другие значения промежуточной частоты. 3. Аппараты в зависимости от условий эксплуатации и конструктивного исполнения разделяют на стационарные, переносные и носимые. 4. Аппараты по электрическим и электроакустическим параметрам подразделяют на три группы сложности: высшую (0), первую (1), и вторую (2). Нормы основных параметров трактов АМ и ЧМ для аппаратов различных групп должны соответствовать установленным в таблице П1 (тракт ЧМ) и таблице П2 (тракт АМ). 49 Таблица П1 Наименование параметра 1. Чувствительность, ограниченная шумами в стереорежиме, при отношении сигнал/шум 50 дБ, по напряжению со входа для внешней антенны, мкВ, не хуже. 2. Эффективный диапазон частот (частотная характеристика по электрическому напряжению всего тракта) при неравномерности частотной характеристики усиления +1,5 дБ относительно уровня сигнала на частоте модуляции 1000 Гц (для тюнеров, тюнеров-усилителей и стационарных аппаратов, имеющих выход для записи на магнитофон), Гц не хуже 3. Диапазон воспроизводимых частот звукового давления всего тракта при неравномерности частотной характеристики звукового давления 14 дБ, Гц не хуже для стационарных аппаратов для переносных и носимых аппаратов 4. Общий разбаланс усиления между стереоканалами в диапазоне частот от 250 до 6300Гц, дБ, не более 5. Общие гармонические искажения всего тракта по электрическому напряжению, в стереорежиме, на частоте модуляции 1000Гц, при М=1,0; Рвых=Рвых ном(Uвых=Uвых Тракт ЧМ Норма для аппаратов группы сложности 0 1 2 50 175 275 31,5 -15000 40 - 12500 по ТУ по ТУ по ТУ 80 - 12500 125 - 10000 2 по ГУ (2**) 100 – 10000 2000 – 10000 (стерео) 315 – 6300* (моно) по ТУ 50 ном),%, не более для стационарных аппаратов для переносных и носимых аппаратов 6. Изменение рабочей частоты во времени при включении АПЧ, кГц не более 7. Переходное затухание между стереоканалами, дБ, не менее, на частотах: 250 (315)***Гц 1000 Гц 6300 (5000)***Гц 8. Отношение сигнал/шум в стереорежиме, при М=1,0; Рвых=Рвых ном (Uвых=Uвых ном), дБ, не менее 9. Коэффициент захвата, дБ, не менее 10. Подавление АМ, измеренное одновременным методом, дБ не менее 11. Односигнальная избирательность, измеренная методом с использованием подавления шумов, дБ, не менее по промежуточной частоте (на частоте 66 МГц) по зеркальному каналу (на частоте 69 МГц) по дополнительным (побочным) каналам приема (на частоте 69 МГц) 12. Подавление основной частоты и гармоник поднесущей и пилот-тона на выходе для записи на магнитофон дБ, не менее, на частотах: 31,25; 62,5 кГц 19 кГц*7 38 кГц*7 0,5 (0,3**) 1,0 по ТУ 1,0 1,5 по ТУ по ТУ 30 34*4 40*4 34*4 26 30 (36**) 24 14 20 14 по ТУ*5 (72**) 54 (66**)*6 по ТУ по ТУ*5 (1,0**) 3 по ТУ по ТУ*5 30 (35**) 20 60 (70**) 50 (65**) по ТУ 70 (85**) 50 по ТУ по ТУ*5 50 по ТУ по ТУ*5 по ТУ*5 по ТУ*5 46 40 46 по ТУ по ТУ по ТУ * Для аппаратов объемом менее 0,001 м3 диапазон устанавливают в ТУ. 51 ** Нормы, приведенные в скобках, -для тюнеров и тюнеров-усилителей. *** При измерениях используют частоты в зависимости от применяемой измерительной аппаратуры. *4 Для переносных и носимых аппаратов до 1 января 1992 г. действует норма по 1-й группе сложности. *5 Нормы, установленные в ТУ для аппаратов высшей группы сложности, должны быть не ниже норм для 1-й группы сложности. *6 До 01.01.92 действует норма 60 тВ. *7 Для аппаратов, предназначенных для приема стереофонических передач радиовещательных станций в системе пилот-тоном. Тракт АМ Таблица 3 Наименование параметра 1. Чувствительность, ограниченная шумами, при отношении сигнала сигнал/шум не менее 20 дБ: по напряжению со входа для внешней антенны, мкВ, не хуже, в диапазонах: ДВ СВ КВ По напряженности поля, мВ/м, не хуже, в диапазонах: ДВ СВ КВ 2. Диапазон воспроизводимых частот звукового давления всего тракта при неравномерности частотной характеристики звукового давления 14 дБ в диапазоне СВ и 18 дБ в диапазоне ДВ, Гц, не хуже: для стационарных аппаратов для переносных и носимых аппарат. 3. Общие гармонические искажения всего тракта по Норма для аппаратов группы сложности 0 1 2 40 30 30 100 100 100 по ТУ по ТУ по ТУ 1,0 0,5 0,1 1,5 0,7 0,15 по ТУ по ТУ по ТУ 31,5 – 8000 80 - 5600 50 – 6300 125 - 5600 125 – 3550 315 – 3150* 52 электрическому напряжению на частоте модуляции 1000 Гц, при М=0,8; Рвых=Рвых ном (Uвых=Uвых ном),%, не более 4. Отношение сигнал/фон с антенного сети переменного тока, дБ, не менее 2 4 5 54 46 40 46 30 10 10 40 по ТУ 50 (40)** 36 16 40 (26)** 34 (20)** 12 (10)** Продолжение таблицы 3 5. Действие автоматической регулировки усиления: изменение уровня сигнала на входе, дБ 60 изменение уровня сигнала на выходе, дБ 10 6. Относительная избирательность по соседнему каналу при 60 расстройке +9 кГц, дБ, не менее 7. Односигнальная избирательность по зеркальному каналу, дБ, не менее, в диапазонах: 70 (60)** ДВ (на частоте 2?0 кГц) 60 (54)** СВ (на частотах 1000 кГц, по ТУ) 30 КВ (на частотах по ТУ) * Для аппаратов объемом менее 0,001 м3 диапазон устанавливают в ТУ. * Для аппаратов объемом менее 0,001 м3. Параметры аппаратов, которые дополнительно устанавливаются ТЗ и ТУ следующие: 1. Чувствительность, ограниченная шумами, в монорежиме в диапазоне УКВ, при отношении сигнал/шум не менее 26 дБ по напряжению со входа для внешней антенны и по напряженности поля. 2. Эффективный диапазон частот (частотная характеристика по электрическому напряжению всего тракта), в диапазоне СВ, относительно уровня сигнала на частоте модуляции 1000 Гц для тюнеров, тюнеровусилителей и стационарных аппаратов, имеющих выход для записи на магнитофон. 3. Чувствительность, ограниченная шумами, при включенной системе бесшумной настройки (БШН) в диапазоне УКВ. 53 4. Отношение сигнал/шум в диапазонах УКВ (в монорежиме) и СВ. 5. Двухсигнальная избирательность по соседним каналам приема в диапазоне УКВ, в монорежиме (при расстройке +120 и +180 кГц), при включенной АПЧ и отношении сигнал/помеха на выходе 20 дБ. 6. Односигнальная избирательность по промежуточной частоте в диапазонах ДВ (на частоте 280 кГц), СВ (на частотах 560 кГц по ТУ) и КВ (на частотах по ТУ). 7. Односигнальная избирательность по дополнительным (побочным) каналам приема в диапазонах: ДВ (на частоте 200 кГц), СВ (на частотах 1000 кГц и по ТУ), КВ (на частотах по ТУ). 8. Общие гармонические искажения всего тракта ЧМ по электрическому напряжению в стереорежиме на частотах модуляции 250 (315), 6300 (5000) Гц и в монорежиме на частотах модуляции 250 (315), 6300 (5000) Гц при М=1,0; Рвых=Рвых ном (Uвых=Uвых ном). 9. Общие гармонические искажения всего тракта АМ по электрическому напряжению на частотах модуляции от 200 до 1000 Гц, а также на частотах ниже 200 Гц в пределах заданной частотной характеристики для аппаратов высшей и первой групп сложности при М=0,8; Рвых=Рвых ном (Uвых=Uвых ном). 10. Изменение выходного напряжения при переходе со стереорежима на монорежим. 11. Уровень среднего звукового давления тракта ЧСЗЧ при нормальной мощности. 12. Выходная мощность, характеризующая устойчивость аппарата к микрофонному эффекту (для аппаратов со встроенной акустической системой). 13. Максимальная выходная мощность. 14. Номинальная выходная мощность. 15. Потребляемая мощность (при питании от сети переменного тока). 16. Ток покоя (при питании от автономных источников питания). 17. Параметры, значения которых измеряют при граничных напряжениях питания, и допускаемые отклонения норм этих параметров. 18. Характеристика ослабления регулятора баланса (при включении соответствующего регулятора). 19. Характеристика ослабления (усиления) регулятора громкости. 20. Характеристика ослабления (усиления) регулятора тембра. 54 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТЕРЕОФОНИЧЕСКОГО ВЕЩАНИЯ Наименование параметра Система с Система с пилотполярной тоном (США) модуляцией (РФ) Диапазон передаваемых звуковых 30 - 15000 50 – 15000 частот для каждого канала, Гц 1,0 1,0 Отклонение АЧХ канала во всем диапазоне частот, дБ, не более Отношение сигнал/шум, дБ, не хуже 60 60 Коэффициент гармоник, % , не более, на частотах, Гц 100 – 10000 1,0 30 - 15000 1,5 – 2,0 2,0*10-5 Нестабильность несущей частоты передатчика, не более Частота поднесущей, Гц 31250 2 38000 Частота пилот – тона, Гц 19000 2 Верхняя граничная частота спектра 46,25 53 КСС, кГц Подавление поднесущей частоты, дБ 14 2 ≥40 Максимальная глубина модуляции 80 90 КСС, %, не более Добротность контура поднесущей 100 5 Постоянная времени цепи 50 75 предыскажений, мкс Максимальная девиация частоты 75 50 передатчика, кГц Полоса частот радиопередатчика, кГц 165 - 192 190 - 206 Переходное затухание между 30 30 каналами, дБ, не менее Ширина полосы пропускания 140 - 192 180 - 206 радиоприемника, кГц Ухудшение отношения сигнал/шум 24,7 23 по сравнению с монофонической передачей, дБ (теоретически) 55 ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение ВПО Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса Факультет МРТ Кафедра РЭС ЗАДАНИЕ На курсовое проектирование по дисциплине «Устройство приема и обработки сигналов» для студента 4 курса ________ группы (фамилия, имя, отчество) Тема: Расчет бытового радиовещательного приемника Срок выполнения : согласно прилагаемого графика Исходные данные: Диапазон принимаемых частот___________________________________________________ Диапазон воспроизводимых частот____________________при неравномерности_________ Избирательность: по соседнему каналу____________________________________________ по зеркальному каналу__________________________________________ по прямому каналу______________________________________________ Значение промежуточной частоты________________________________________________ Чувствительность, ограниченная шумом___________________________________________ Действие АРУ_________________________________________________________________ Тип приемной антенны_________________________________________________________ Уровень внешних помех учитывать не учитывать (ненужное зачеркнуть) Элементная база_______________________________________________________________ Примерное содержание проекта: - анализ технического задания; - расчет и обоснование функциональной схемы приемника; - выбор и обоснование элементной базы для принципиальной схемы; - расчет принципиальной схемы; - описания методов измерения параметров радиоприемных устройств; - заключение (сопоставление расчетных параметров приемника техническому заданию); - библиографический список используемой литературы. Руководитель ________________________________________________________________ (Звание, степень,Фамилия, Имя, Отчество и подпись преподавателя) Задание к выполнению принял студент___________________________________________ (подпись) Дата выдачи задания «____» ______________ 201 г. 56 ПРИЛОЖЕНИЕ Шкала номинальных значений сопротивлений и допустимых отклонений от номиналов непроволочных постоянных резисторов (Ом, кОм, Мом ) и емкостей постоянных конденсаторов (пФ, нФ) массового производства. 20% 10% 5% 20% 10% 5% 20% 10% 5% 1,0 1,0 1,0 10 10 10 100 100 100 1,1 11 110 1,2 1,2 12 12 120 120 1,3 13 130 1,5 1,5 1,5 15 15 15 150 150 150 1,6 16 160 1,8 1,8 18 18 180 180 2,0 20 200 2,2 2,2 2,2 22 22 22 220 220 220 2,4 24 240 2,7 2,7 27 27 270 270 3,0 30 300 3,3 3,3 3,3 33 33 33 330 330 330 3,6 36 360 3,9 3,9 39 39 390 390 4,3 43 430 4,7 4,7 4,7 47 47 47 470 470 470 5,1 51 510 5,6 5,6 56 56 560 560 6,2 62 620 6,8 6,8 6,8 68 68 68 680 680 680 7,5 75 750 8,2 8,2 82 82 820 9,1 91 910 Примечание: Все непроволочные резисторы массового производства выпускаются на номинальную мощность 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2 Вт. 57 Приложение 5 Обобщенные кривые избирательности для малых расстроек n-каскадного усилителя на одиночных контурах Затухание, раз 100 10 1 n=1 n=2 n=3 n=4 0,1 1,0 1,0 1,0 1,0 0,2 1,0 1,0 1,0 1,0 0,3 1,0 1,0 1,1 1,1 0,4 1,0 1,1 1,2 1,3 0,5 1,1 1,2 1,4 1,5 0,6 1,1 1,3 1,5 1,8 0,7 1,2 1,4 1,8 2,2 0,8 1,2 1,6 2,1 2,6 0,9 1,3 1,8 2,4 3,2 1 1,4 2,0 2,8 4,0 1,1 1,4 2,2 3,2 4,8 1,2 1,5 2,4 3,8 5,9 1,3 1,6 2,6 4,4 7,2 1,4 1,7 2,9 5,0 8,7 1,5 1,8 3,2 5,8 10, 1,6 1,8 3,5 6,7 12, 1,7 1,9 3,8 7,6 15, 1,8 2,0 4,2 8,7 17, Обобщенная расстройка 1,9 2,1 4,6 9,9 21, 2 2,2 5,0 11, 25, 2,1 2,3 5,4 12, 29, 2,2 2,4 5,8 14, 34, 2,3 2,5 6,2 15, 39, 2,4 2,6 6,7 17, 45, 2,5 2,6 7,2 19, 52, 2,6 2,7 7,7 21, 60, 2,7 2,8 8,2 23, 68, 2,8 2,9 8,8 26, 78, 2,9 3,0 9,4 28, 88, 3 3,1 10, 31, 100 58 Приложение 6 120 Обобщенные кривые избирательности для больших расстроек n-каскадного усилителя на одиночных контурах 100 Затухание, дб 80 60 40 20 0 n=1 n=2 n=3 n=4 1 3,01 6,02 9,03 12,0 2 6,99 13,9 20,9 27,9 3 10,0 20,0 30,0 40,0 4 12,3 24,6 36,9 49,2 5 14,1 28,3 42,4 56,6 6 15,6 31,3 47,0 62,7 7 16,9 33,9 50,9 67,9 8 18,1 36,2 54,3 72,5 9 19,1 38,2 57,4 76,5 10 20,0 40,0 60,1 80,1 11 20,8 41,7 62,5 83,4 12 21,6 43,2 64,8 86,4 13 22,3 44,6 66,9 89,2 14 22,9 45,8 68,8 91,7 15 23,5 47,0 70,6 94,1 Обобщенная расстройка 16 24,1 48,2 72,3 96,4 17 24,6 49,2 73,8 98,5 18 25,1 50,2 75,3 100, 19 25,5 51,1 76,7 102, 20 26,0 52,0 78,0 104, 21 26,4 52,9 79,3 105, 22 26,8 53,7 80,5 107, 23 27,2 54,4 81,7 108, 24 27,6 55,2 82,8 110, 25 27,9 55,9 83,9 111, 59 Приложение 7 Обобщенные кривые избирательности для малых расстроек n-каскадного усилителя на полосовых фильтрах Затухание, раз 100 10 1 n=1 n=2 n=3 n=4 0,5 1,01 1,02 1,02 1,03 0,6 1,02 1,03 1,05 1,07 0,7 1,03 1,06 1,09 1,12 0,8 1,05 1,10 1,16 1,22 0,9 1,08 1,16 1,26 1,35 1 1,12 1,25 1,40 1,56 1,1 1,17 1,37 1,60 1,87 1,2 1,23 1,52 1,87 2,31 1,3 1,31 1,71 2,24 2,94 1,4 1,40 1,96 2,74 3,84 1,5 1,51 2,27 3,41 5,13 1,6 1,62 2,64 4,29 6,96 1,7 1,8 1,76 1,90 3,09 3,62 5,43 6,90 9,54 13,14 1,9 2,06 4,26 8,79 18,13 2 2,24 5,00 11,18 25,00 2,1 2,42 5,86 14,19 34,36 2,2 2,62 6,86 17,95 47,01 2,3 2,83 8,00 22,61 63,94 2,4 3,05 9,29 28,34 86,39 Обобщенная расстройка Приложение 8 60 Обобщенные кривые избирательности для больших расстроек n-каскадного усилителя на полосовых фильтрах 200 180 160 Затухание, дБ 140 120 100 80 60 40 20 0 n=1 n=2 n=3 n=4 1 2 3 4 0,97 6,99 13,27 18,13 1,94 13,98 26,55 36,26 2,91 20,97 39,82 54,39 3,88 27,96 53,09 72,52 5 21,97 43,93 65,90 87,86 6 25,12 50,24 75,36 100,4 7 27,79 55,58 83,37 111,1 8 30,11 60,21 90,32 120,4 9 32,15 64,30 96,46 128,6 10 33,98 67,96 101,9 135,9 11 35,64 71,27 106,9 142,5 12 37,15 74,29 111,4 148,5 Обобщенная расстройка 13 38,54 77,08 115,6 154,1 14 39,82 79,65 119,4 159,3 15 41,02 82,05 123,0 164,0 16 42,14 84,29 126,4 168,5 17 43,20 86,40 129,5 172,7 18 44,19 88,38 132,5 176,7 19 45,13 90,26 135,3 180,5 20 46,02 92,04 138,0 184,0 61 Приложение 9 Транзистор КТ367А СПРАВОЧНЫЕ ПАРАМЕНРЫ ТРАНЗИСТОРОВ КТ315Г КТ326Б ГТ311И ГТ313В ГТ313Б КТ312В КТ313Д КТ368А ГТ310А ГТ346А Параметр h21Э 80 65 65 45 50 30 80 60 50 30 10 К , пс С К , пф 15 500 500 450 100 75 100 150 4,5 300 3 1,5 3,5 7 5 2,2 2,5 12 3 1,7 4 1,3 К Ш , дБ 2 3 3 5 значение h21Э частота, мГц 5 300 6 20 2,5 100 4 100 4,5 100 3,5 100 2 100 8 100 14 100 4 40 2,3 300 РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРОВ h11 / Б , Ом 13,1 28,2 27,1 28,0 13,9 14,0 26,1 13,8 13,1 28,5 13,2 Б , Ом f ГР , мГц 10,0 1500 142,9 120 71,4 250 90,0 400 45,5 450 30,0 350 8,3 200 50,0 800 2,6 1400 75,0 160 2,3 690 100 0,0667 1 0,0083 1 0,0040 1 0,0025 100 0,2222 100 0,2857 1 0,0050 100 0,1250 100 0,0714 1 0,0063 100 0,1449 0,0508 0,0422 0,0105 0,0080 0,7262 0,6122 0,0016 0,4518 0,0145 0,0164 0,0253 0,0751 0,0349 0,0363 0,0349 0,0461 0,0503 0,0378 0,0591 0,0751 0,0339 0,0687 -0,00381 -0,00147 -0,00038 -0,00028 -0,03351 -0,03078 -0,00006 -0,02668 -0,00109 -0,00056 -0,00174 0,07515 0,03490 0,03634 0,03494 0,05703 0,05895 0,03784 0,06480 0,07510 0,03395 0,06869 -613,964 f,мГц ГР S g 21 , См b21 , См Y21 , См g12 , мкСм -47,270 -0,854 -0,445 -0,234 b12 , мкСм Y12 , мкСм -930,628 -20,231 -42,173 -29,155 -845,429 -649,212 1060,380 -0,120 -15,399 -75,059 -664,320 1470,361 1063,047 -0,377 -20,264 -22,910 -801,648 942,000 21,980 43,960 31,400 1381,600 1570,000 75,360 1884,000 1067,600 25,120 816,400 g 22 , мкСм b22 , мкСм Y22 , мкСм 36,362 4,693 1,222 0,811 2146,728 1498,182 0,038 2555,077 3,135 1,087 3,597 949,16 133,14 159,82 132,32 1411,16 1594,47 99,42 1940,55 1069,76 91,21 817,82 3768,00 87,92 175,84 125,60 5526,40 6280,00 301,44 7536,00 4270,40 100,48 3265,60 62 Транзистор КТ367А КТ312В КТ315Г КТ326Б ГТ311И ГТ313В ГТ313Б КТ313Д Продолжение приложения 9 КТ368А ГТ310А ГТ346А Параметр g 11 , мСм b11 , мСм Y11 , мСм 1,207 0,557 0,569 0,794 8,538 10,820 0,479 4,391 1,611 1,173 7,830 5,018 0,272 0,142 0,083 9,776 13,784 0,191 7,052 5,449 0,200 10,756 5,161 0,620 0,587 0,799 12,980 17,523 0,516 8,308 5,682 1,190 13,304 К УСТ .ОЭ 4,0 17,8 12,9 14,9 2,9 2,7 10,0 2,6 3,8 16,4 4,1 К УСТ .ОБ 15,0 298,2 155,3 209,0 7,8 7,1 94,3 6,5 13,2 253,9 15,8 63 Приложение 10 64 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Варианты технических заданий № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Тип антенны магнитная магнитная внешняя штыревая магнитная штыревая внешняя внешняя внешняя штыревая штыревая внешняя магнитная магнитная штыревая внешняя штыревая штыревая внешняя магнитная магнитная магнитная магнитная штыревая штыревая штыревая Диапазон принимаемых ЕА или À.0 не частот, МГц хуже ДВ, СВ СВ1, СВ2 3,95 – 12,075 СВ, КВ 5,95 – 12,075 СВ, КВ СВ, УКВ1 ДВ, СВ1, СВ2 ДВ, КВ УКВ2 3,95 -4,995 5,95 – 6,20 9,50 – 12,075 СВ1 5,006 – 6,20 СВ2 ДВ 7,10 – 7,30 СВ 4,75 – 5,06 0,15 мВ/м 0,5 мВ/м 50 мкВ 30 мкВ 0,7 мВ/м 20 мкВ 12 мкВ 15 мкВ 8 мкВ 30 мкВ 50 мкВ 40 мкВ 0,25 мВ/м 02 мВ/м 20 мкВ 175 мкВ 13 мкВ 1 мкВ 25мкВ 0,25 мВ/м 0,05 мВ/м 0,5 мВ/м 0,75 мВ/м 3 мкВ 80 мкВ 4 мкВ FH, Гц FB, кГц ΔF, дБ 80 80 30 125 80 80 315 60 60 80 30 40 40 50 50 32 200 200 150 150 40 40 60 60 75 75 4,5 4,5 3,6 3,5 4,2 4,2 3,5 4,1 4,1 3,7 10 4,8 4,8 4,0 4,0 10 3,6 3,6 4,2 4,2 4,1 4,1 3,8 3,8 4,8 4,8 18 14 16 16 14 12 14 14 12 14 4 18 14 18 12 4,5 12 12 10 14 12 16 18 14 14 12 Избирательность дБ, не менее σСК σЗК σПК 30 50 36 30 36 40 42 30 60 30 36 54 40 36 20 50 18 42 60 38 42 16 40 40 32 50 50 60 40 40 60 38 45 52 35 45 20 60 50 50 32 50 32 55 30 55 52 48 42 32 42 48 38 45 60 45 45 30 52 54 34 52 28 Действие АРУ 60/10 60/10 30/10 46/10 55/10 55/10 60/10 48/10 48/10 42/10 42/10 33/10 33/10 50/10 50/10 48/6 60/12 60/12 50/8 50/8 55/6 55/6 48/10 48/10 60/12 60/12 Промежуточная частота 465 кГц 465 кГц 465 кГц выбрать выбрать выбрать выбрать 465 кГц 465 кГц 465 кГц выбрать 465 кГц 465 кГц 465 кГц 465 кГц выбрать выбрать выбрать 1,84 МГц выбрать 465 кГц выбрать выбрать 465 кГц 465 кГц выбрать 65 16 17 18 19 20 штыревая штыревая штыревая штыревая магнитная штыревая магнитная штыревая внешняя штыревая 0,1485 – 0,2835 3,95 – 12,10 0,5265 – 1,6065 4,75 – 4,995 СВ1 3,95 – 4,000 СВ2 11,65 – 12,075 ДВ 5,006 – 6,20 7,5мкВ 7,5 мкВ 5 мкВ 50 мкВ 0,35 мВ/м 14 мкВ 0,1 мВ/м 5 мкВ 15 мкВ 6 мкВ 225 225 175 175 120 120 85 85 45 45 3,8 3,8 4,0 4,0 4,2 4,2 4,4 4,4 4,8 4,8 12 12 10 10 14 10 12 10 16 12 44 44 38 38 46 46 35 35 42 42 26 26 35 35 46 30 50 20 58 20 Основные условные обозначения f УПЧ - промежуточная частота ,частота настройки УПЧ f 0. МИН f 0. МАК - диапазон принимаемых частот - э.д.с сигнала Е - напряженность, напряжение питания F f - отношение сигнал/шум - частота звуковая (модулирующая) - частота несущая (радиочастота) - избирательность 50 48 46 60/8 60/8 55/8 55/8 52/10 52/10 48/6 48/6 42/6 42/6 1,84 МГц выбрать выбрать 465 кГц 465 кГц 465 кГц выбрать 1,84 МГц 465 кГц выбрать 66
