Загрузил Диего Буянович

Пиос Грицунов (1) (1)

реклама
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА (РОСАВИАЦИЯ)
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»
(ФГБОУ ВО СПбГУ ГА)
Красноярский филиал
Факультет технической эксплуатации транспортного радиоэлектронного
оборудования
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Тема: «Принципиальная схема приемного тракта с выбором каскадов и
расчетом технических параметров»
Специальность 11.02.06 «Техническая эксплуатация транспортного радиоэлектронного оборудования(воздушный транспорт)»
Руководитель:
____________ (Мащенских Н.Н.)
Разработал студент
Группы Р-23:
_____________ (Буйнов Н.Н.)
Красноярск 2022
Задание на курсовой проект
Вариант №3
1. Изобразить входную цепь на основе двухконтурного фильтра, причем антенна имеет емкостную связь с первым контуром, а второй имеет
трансформаторную связь с первым и частично подключен к УРЧ.
2. Рассчитать длину волны полезного сигнала с (м) по известной резонансной
Lк (мкГн)
частоте
приемника
ƒ0 = 1,5Мгц;
величину
индуктивности
колебательного контура УРЧ по известной величине емкости
С к = 180 пФ ; полосу пропускания исходного контура П0 по известной его
добротности Q 0 = 80 и полосу пропускания нагруженного контура Пн.к , если
известно шунтирующее сопротивление усилительного каскада R ш = 1,7Ком.
3. Изобразить принципиальную схему УРЧ на n-p-n транзисторе по
схеме с общим эмиттером и последовательным питанием нагрузки.
4. Изобразить принципиальную схему преобразователя частоты на полевом транзисторе с отдельным гетеродином.
5. По заданному значению частоты сигнала ƒ0 = 1,5МГц и промежуточной частоте ƒпр = 0,35МГц определить частоту гетеродина (ƒг > ƒ0 ), частоту зеркального канала и частоты двух дополнительных каналов приема.
Изобразить расстановку приемных каналов на частотной оси.
6. Изобразить принципиальную схему УПЧ на пентоде с двухконтурным фильтром и последовательным питанием.
7. Изобразить принципиальную схему амплитудного детектора на полупроводниках диода с последовательно подключенной нагрузкой и формированием положительного выходного напряжения.
8. Определить технические параметры всего тракта – коэффициент
шума и чувствительность приемника.
2
Содержание
Задание на курсовой проект ................................................................................... 2
Введение ................................................................................................................... 4
1 Входная цепь......................................................................................................... 6
1.1 Расчеты основных технических параметров ............................................... 8
2 Усилитель радиочастоты (УРЧ) ......................................................................... 9
3 Преобразователь частоты .................................................................................. 11
3.1 Расчеты частот .............................................................................................. 12
4 Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) .................................................... 14
5 Детектор .............................................................................................................. 16
3
Введение
Радио – способ передачи сигналов на расстояние посредством излучения электромагнитных волн.
Радиопередача – Формирование и излучение радиочастотного сигнала.
Радиоприем – прием звуковых сигналов по радио.
Радиоприемные устройства предназначены для приема радиосигналов
и их преобразования к виду, позволяющему использовать содержащуюся в
них информацию. Применяются для радиосвязи, звукового и телевизионного
вещания, радионавигации, радиолокации, телеуправления и т.д.
Назначение радиоприемного устройства (РПрУ) – обеспечить воспроизведение передаваемого сообщения при воздействии на него радиоволн, поступающих от радиопередающего устройства.
Радиоприемное устройство состоит из приемной антенны, радиоприемника и оконечного устройства, предназначенного для воспроизведения
сигналов.
Основные функции радиоприемного устройства: Воспроизведение
принятого сигнала, улавливание радиоволн и преобразование энергии электромагнитного поля в энергию электрических колебаний, включающее фильтрацию от помех, усиление и детектирование.
Разновидности приемников:

Детекторные

Цифровые радиоприёмники

Прямого усиления

Сверхрегенеративные

Супергетеродинные приемники, обладающие существенными преимуществами перед другими приемниками и широко применяемые
на всех диапазонах частот.
4
Классификация РПрУ:

Тип схемы

Вид принимаемых сигналов

Назначение приемника

Диапазон частот

Вид активных элементов, используемых в приемнике

Тип конструкции приемника
Самое высокое качество радиоприёма получают в супергетеродинном
радиоприёмнике. В соответствии с видом модуляции принимаемых сигналов детектор РПрУ может быть амплитудного, частотного, фазового или другого типа.
Важным достоинством супергетеродинного радиоприемника (СРПр)
является постоянство fпр по диапазону. Благодаря этому все контуры, входящие в состав УПЧ, имеют фиксированную настройку и просты по конструкции, что позволяет применить в УПЧ большое число каскадов с резонансными контурами. Это облегчает получение большого усиления большой
избирательности, и электрические показатели приемника в целом становятся
более постоянными в пределах всего диапазона принимаемых частот.
5
1 Входная цепь
Входной цепью называется часть схемы радиоприемника, связывающая
антенну со входом первого каскада приемника.
Входная цепь должна наиболее полно передавать энергию сигнала из
антенны в первый каскад приемника и осуществлять предварительную фильтрацию сигнала от помех.
Входные цепи предназначены:

Для осуществления предварительной частотной избирательности

Предварительной частотной селекции по соседнему каналу приема

Получение минимального коэф.шума (за счет большого коэф.передачи)
Классификация:
1. По виду резонансной системы:
 На одиночных колебательных контурах
 На двух и более К.К
 На элементах с полураспределенными параметрами
 На элементах с распределенными параметрами
2. По виду связи с контурной антенной:
 С непосредственной связью
 С индуктивной связью
 С емкостной связью
 Колебательная связь
 С автотрансформаторной связью
6
Рисунок 1 – Входная цепь на основе двухконтурного фильтра, причем антенна имеет емкостную связь с первым контуром, а второй имеет трансформаторную связь с первым и
частично подключен к УРЧ.
Данная входная цепь состоит из следующих элементов:

C1 – предназначена для соединение антенны и колебательного контура

Две индуктивности, где L2 частично подключена к выходу

С2;L1;C3;L2 – для выделение полезного сигнала
Плюсы:

Простота

Минимум Кш
Минусы:

Сильное изменение Kп

Влияние антенны на частоту контура
Технические параметры входной цепи:

Коэффициент передачи по мощности

Диапазон рабочих частот – Fmin – Fmax

Коэффициент прямоугольности

Полоса пропускания

Частотная избирательность: по зеркальному каналу; по приему соседнего канала.
7
1.1 Расчеты основных технических параметров
Рассчитать длину волны с полезного сигнала по известной резонансной частоте приемника ƒ0; величину индуктивности Lк (мкГн) входного колебательного контура по известной величине емкости Ск; полосу пропускания исходного контура П0 (МГц) по известной его добротности Q0 и полосу
пропускания Пн.к. (МГц), если известно шунтирующее сопротивление последующего каскада Rш:
По ƒ0= 1,5 МГц и Q0= 80 найдём П0:
П0 =
𝑓0
𝑄0
𝑓0 1,5 ∗ 106
П0 = =
= 18,15 кГц;
𝑄
800
Найдем величину индуктивности к.к по формуле выведенной из формулы Томпсона:
𝐿к =
𝐿к =
1
2
4𝜋 2 ∙ 𝑓0 ∙ 𝐶к
=
1
4𝜋 2 ∙ 𝑓02 ∙ С
1
= 62,6 (мкГн)
4 ∗ 3,142 ∙ (15 ∗ 106 )2 ∙ 180 ∙ 10−12
Найдем полосу пропускания нагруженного контура:
Пн.к. = П0 +
Пн.к. = П0 +
1
2𝜋 ∙ 𝑅ш ∙ С𝑘
1
1
= 18,75 ∙ 103 +
2𝜋 ∙ 𝑅ш ∙ С𝑘
2 ∙ 3,14 ∙ 1,7 ∙ 103 ∙ 180 ∙ 10−12
= 520,4 ∗ 103 + 18,57 ∗ 103 = 539,15 кГц
Определим длину волны по скорости света C=3*108:
λC =
𝐶
𝑓0
𝐶
3 ∙ 108
λC = =
= 200 м.
𝑓0 15 ∙ 106
8
2 Усилитель радиочастоты
УРЧ – это Усилитель электрических сигналов между входной цепью
радиоприемника и первым смесителем.
Функции УРЧ:
 усиление модулированных колебаний (радиосигналов) до преобразователя частоты.
 Предварительное усиление сигнала на несущей частоте
 обеспечение частотной селективности
 Основная избирательность по зеркальному каналу
Классификация:
1. По типу усилительного элемента:
 Четырёхполюсник (VT, VL, ЛБВ)
 Двухполюсник (параметрич., туннельный диоды)
2. По способу включение усилительного элемента:
 ОК; ОБ; ОИ
 ОС; ОБ; ОЗ
 Каскодное
3. По способу подключение нагрузки:
 Параллельное
 Последовательное
Технические параметры:

Резонанс частоты

Коэф. шума

Коэф. передачи

Коэф. прямоугольности

Полоса пропускания

Избирательность
9
Рисунок 2 – УРЧ на n-p-n транзисторе по схеме с общим эмиттером и последовательным
питанием нагрузки
Назначение элементов схемы:

R1; R2 – выбор рабочей точки

С2 – разделительный конденсатор

R3; C3 – регулирует температуру

С1 – обеспечивает фильтрацию на корпус

L1 и С4 нагрузка в виде к.к
Протекание токов:

-Eк→ R4→ VT→ R3→ корпус

-Eк→ R4→ R1→ R2→ корпус
10
3 Преобразователь частоты
ПрЧ – это устройство, которое осуществляет процесс линейного переноса спектра радиосигнала из одной области радиочастотного диапазона в
другой с сохранением параметров модуляции.
Состав:
 Смеситель: смешивает два сигнала (на основе нелинейных элементов
создает комбинацию частот fc и fг)
 Гетеродин: создает непрерывные гармонические колебания (Гармонические колебания – это колебания одной частоты)
 Фильтр ПЧ: выделяет одну из комбинационных частот
Рисунок 3 – Преобразователь частоты на полевом транзисторе с отдельным гетеродином
1. Назначение элементов схемы:
 R1, R2 – выбор рабочей точки
 С1 –не пропускать постоянную составляющую на контур
2. Протекание токов:
 Переменный ток: +E→R4→VT→C2→L→корпус
 Постоянный: +E→R4→VT→R3→L→корпус
11
Классификация ПЧ:
1. По типу нелинейного элемента:
 Лампы
 Транзисторы
 Диоды
2. По способу создания напряжения гетеродина:
 Смеситель с отдельным гетеродином
 Смеситель с совмещенным гетеродином
3. По способу подключения сигнала и гетеродина:
 Смеситель односеточные (подается сигнал и гетеродин)
 Смеситель двухсеточный (разные входу гетеродина и сигнала)
4. Диодные:
 По построению (простые 1 диод, балансные 2 диода, кольцевые
балансные 4 диода)
 По конструкции (волноводные, коаксиальные, микрополосковые)
3.1 Расчеты частот
По заданному значению частоты сигнала ƒ0 = 1.5МГц и промежуточной частоте ƒпр = 0,35МГц определить частоту гетеродина (ƒг > ƒ0 ), частоту
зеркального канала и частоты двух дополнительных каналов приема. Изобразить расстановку приемных каналов на частотной оси.
Дано:
𝑓г > 𝑓0
𝑓𝑐 = 1.5МГц
𝑓пр = 0.35МГц
Найти:
𝑓з ; 𝑓г ; 𝑓д1 ; 𝑓д2 =?
12
Решение:
𝑓г = 𝑓𝑐 + 𝑓пр
𝑓г = 1.5 + 0.35 = 1.85МГц
𝑓з = 𝑓г + 𝑓пр
𝑓з = 1.85 + 0.35 = 2.2МГц
2𝑓г = 3.7МГц
𝑓д1 = 3.35МГц
𝑓д2 = 4.05МГц
fпр
fс
fг
fз
f д1
2fг
fд2
0,35
1,5
1,85
2,2
3,35
3,7
4,05
13
f, МГц
4 Усилитель промежуточной частоты
УПЧ в схеме приемника находится после ПрЧ.
Назначение:

Обеспечивает основное усиление сигнала

Формирует требуемую полосу пропускания

Обеспечивает высокую избирательность по соседнему каналу (ос-
новное подавление сигнала по соседнему каналу производится в УПЧ)
Классификация:
1. По элементарной базе:
 На транзисторах с ОЭ
 Лампы с ОК и на пентодах
2. По ширине полосы пропускания:
 Узкополосные
 Широкополосные
3. По методу формирования АЧХ:
 С одноконтурным фильтром
 С одинаково настроенными каскадами
 На парах взаимно расстроенных каскадов
 На тройке взаимно расстроенных каскадов
 С двухконтурными фильтрами
 УПЧ с ФСС
14
Рисунок 4 – УПЧ на пентоде с двухконтурным фильтром и последовательным питанием
Назначение элементов схемы:
Сф; Rф фильтрация по ист. Питания
Rк; Cк термостабилизатор
VL пентод
Rc1;Rc2 рабочая точка
Протекание токов:
Постоянный ток:
+Ea→Rф→Lk1→VL→Rк→корпус
Переменный ток:
Со См→сетка лампы→Cк1→Lк1→Lk2→Д
корпус→Cк→коллектор VL→Cк1→Lк1→Lk2→Д
15
5 Детектор
Детектором называют устройство, служащее для преобразования модулированных высокочастотных колебаний, в результате которого выделяются составляющие низкой частоты.
Классификация:
1. По типу нелинейного элемента:
 VL
 VT
 VD
2. По виду модуляции:
 Амплитудный детектор
 Частотный детектор
 Фазовый детектор
VD
VD
C1
Rн
Uвх
C1
Uвх
Rн
Рисунок 5 – Амплитудный детектор на полупроводниковом диоде с последовательно подключенной нагрузкой и формированием положительного выходного напряжения
Заряд С1:

+→VD→C1→корпус
Разряд:

+→+С1→+Rн→-Rн→-С1
При разрядке конденсатора C1 выходное напряжение относительно
корпуса положительное, значит на выходе формируется положительное выходное напряжение.
16
6 Усилитель звуковой частоты
УЗЧ предусмотрен для усиления непрерывных периодических сигналов, частотный диапазон которых лежит в пределах от 10 Гц до 10 КГц. Современные УЗЧ выполняются на полевых транзисторах.
Назначение УЗЧ в состоит в получении на заданном сопротивлении
оконечного нагрузочного устройства требуемой мощности усиливаемого
сигнала.
УЗЧ на электронных лампах в настоящее время используются в качестве инструментальных усилителей и в качестве звуковоспроизводящих усилителей. В основном занимают большую долю рынка профессиональной и
полупрофессиональной гитарной усилительной аппаратуры.
В основном трансформаторная
схема согласования применяется в
ламповых усилителях. Обусловлено это необходимостью согласования
большого выходного сопротивления лампы с малым сопротивлением нагрузки.
R5
+ Eк
C3
R6
R1
L1
C4
L2
C5
VL2
C1
VL1
R4
R3
R2
R7
C6
C2
Рисунок 6 – УЗЧ на ламповом триоде и тетроде (с трансформаторным выходом)
17
Назначение элементов схемы:
 С2, R2 – Цепочка автосмещения VL1
 С6, R7 – Цепочка автосмещения VL2
 С3, R5,R6,C5 – Фильтрующие элементы
 L1, L2 – трансформаторная связь с нагрузкой
 С1, С5, C4 – Разделительные емкости
 VL1– Триод
 VL2– Тетрод
Протекание токов:
Постоянный ток:
+Еа→R5→R1→VL1→R2→ -Ea (корпус)
+Еа→L1→VL2→R7→ -Ea (корпус)
Переменный ток:
Анод VL1→ C4 → корпус → C2→ катод VL1→ анод VL1
Анод VL2→ L1 → C3 → корпус → C6→ катод VL2→ анод VL2
18
6.1 Расчеты коэффициента шума и чувствительности приемника
Рассчитаем коэффициент шума приемника по известным величинам:
Крвх.ц = 0,5; Крурч = 4; Кшурч = 7; Кшсм = 20 по формуле (1)
Кш = Кшвх.ц +
Кшурч −1
Крвх.ц
+
Кшсм −1
Крвх.ц ∗Крурч
(1)
Зная значение Крвх.ц = 0,5, можно рассчитать Кшвх.ц по формуле (2)
Кшвх.ц =
1
Крвх.ц
Кшвх.ц =
Кш = 2 +
(2)
1
=2
0,5
7 − 1 20 − 1
+
= 23,5
0,5
0,5 ∗ 4
Коэффициент шума слишком большой (обычно в приемниках РЛС коэффициент шума равен 4...8). Чтобы коэффициент шума был малым необходимо
чтобы первые каскады обладали большим коэффициентом передачи (входная
цепь имеет Крвх.ц. = 0,5, что значительно уменьшает Кру последующих каскадов) и низкий уровень собственных шумов (КШУРЧ и Кш см имеют большой
уровень собственных шумов)
Рассчитаем чувствительность радиоприемника по формуле (3):
Рприем = K * 𝑇0 * Ппр (Kш+ γ – 1) (3)
Постоянную Больцмана берем К=1,38*10−23 , температуру 𝑇0 = 300о К,
Ппр берем из справочника 20 кГц, а относительную шумовую температуру
антенны γ будем считать за 1.
Рприем.𝑚𝑖𝑛 = K * 𝑇0 * Ппр (Kш+ γ – 1) = 1,38 * 10-23 * 300 * 150 *103 *23,5 =
= 1,45 * 10-14 Вт.
Из расчета выяснилось, что чувствительность зависит в основном от
общего Кш , который увеличивает чувствительность с ростом уровня шума
всего устройства.
Рассчитаем напряжение радиоприемника по формуле (4):
P= UI =
𝑈2
𝑅
U=√𝑃𝑅 (4)
U=√𝑃𝑅=√1,45 ∗ 10−14 ∗ 45 ≈1,04 * 10-6 В
19
7 Структурная схема супергетеродинного приемника
ВХ. Ц
УРЧ
СМ.
ГЕТ.
УПЧ
Д
УЗЧ
ОУ
ПРЧ
Основная задача приемника сохранить структуру сигнала.
Вх.ц и УРЧ – обеспечивают селекцию сигнала и подавление зеркального канала. С зеркальным каналом мы боремся до смесителя.
Смеситель и гетеродин – устройство обеспечивающее понижение частоты до промежуточной.
УПЧ – для усиления сигнала на промежуточной частоте и обеспеч. Селекцию сигнала по соседнему каналу.
Д – преобразовывает радиосигнал низкой частоты (звуковой)
Достоинства:
 Высокая чувствительность 10-3…10-20 Вт
 Высокая избирательность – обеспечивается линейным трактом в
любом приемнике. В нашем до детектора.
 Высокая устойчивость и большой коэф. Усиления
 Надежное сохранение параметров при перестройки
Недостатки:
 Возникают доп.каналы приема.
20
8 Принципиальная схема супергетеродинного приемника
1
VD
я
C1
Rн
Гет
21
Заключение
В соответствии с заданием на курсовое проектирование составлена
принципиальная схема приемного тракта. Приемник собран на транзисторах
n-p-n структуры. В схему супергетеродинного приемника с однократным
преобразованием частоты входит: входная цепь на основе двухконтурного
фильтра, причем антенна имеет емкостную связь с первым контуром, а второй имеет трансформаторную связь с первым и частично подключен к УРЧ,
УРЧ на n-p-n транзисторе с общим эмиттером и последовательным питанием,
ПрЧ на полевом транзисторе с отдельным гетеродином, УПЧ на пентоде с
двухконтурным фильтром и последовательным питанием, амплитудный детектор на полупроводниковом диоде с последовательно подключенной
нагрузкой и формированием положительного выходного напряжения, УЗЧ на
ламповом триоде и тетроде.
Рассчитаны основные технические параметры как отдельных элементов, так и приемного тракта в целом. Численные значения обобщающих параметров – полосы пропускания приемника, общего коэффициента усиления
УПЧ, коэффициента шума, предельной и реальной чувствительности приемника.
Полученные результаты соответствуют типовым значениям супергетеродинных приемников, что подтверждает справедливость проведенных расчетов и правильность выполненного курсового проекта.
22
Список литературы
1. Попов А. С. Радиотехника, 1958.
2. Барканов В. Ф. Радиоприемное устройство: учеб. Для техникумов
В. Ф. Барканов, В. К. Жданов.– М.: Сов. Радио, 1978.
3. Головин О. В. Радиоприемное устройство: учеб. Для техникумов
О. В. Головин. – М.: Высшая школа, 1997.
4. Буга Н. Н. Радиоприемное устройство / Н. Н. Буга, Н. И. Чистяков;
Под ред. Н. И. Чистяков. – М.: Радио и связь, 1986.
5. Сиверса А. П. Проектирование радиоприемных устройств. Учебное
пособие для вузов / А. П. Сиверс. – М.: Сов. Радио, 1976.
6. Прагер Э. Цифровая техника в связи / Э. Прагер, Б. Шимек,
В. П. Дмитриев. – М.: Радио и связь, 1981.
23
Скачать