УПиПС(Курсовая). Введение Выбор и расчет блок-схемы приемника
 Скачать 0.54 Mb.
| Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей |
Содержание Введение…………………………………………………………………………...41. Выбор и расчет блок-схемы приемника………………………………………6 2. Расчет входной цепи………………………………………………………….10 3. Расчет усилителя радиочастоты (УРЧ)……………………………………13 4. Расчет преобразователя частоты (ПЧ)……………………………………….17 5. Расчет гетеродина……………………………………………………...…..….22 6. Расчет усилителя промежуточной частоты (УПЧ)…...…………………….28 7.Расчет амплитудного детектора…………………………………………...….33 8. Расчет системы автоматической регулировки усиления (САРУ)……….…36 9. Выбор усилителя низкой частоты (УНЧ)...……………………………….…39 Заключение……………………………………………………………………….40 Список используемых источников………………………………..……………41 Приложение А……………………………………………………………………42 Приложение Б……………………………………………………………………43 Приложение В……………………………………………………………………44 Введение Несмотря на глубокое проникновение сотовой связи, интернета и относительно недорогих спутниковых телефонов, коротковолновая связь продолжает существовать и пользуется популярностью, как у любителей, так и профессионалов. В настоящее время её особенности позволяют использовать короткие волны для обеспечения радиосвязи с отдаленными объектами, радионавигации, радиовещания по всему земному шару, в системах оповещения, в военных целях для обеспечения устойчивого управления войсками на большом расстоянии. В данной работе проектируется приемник коротковолнового диапазона с амплитудной модуляцией без. КВ диапазон находится в интервале 𝑓 = 3÷ 30 МГц, 𝜆=100−10 м. Преимуществом работы на коротких волнах по сравнению с работой на более длинных волнах является то, что в этом диапазоне можно создать направленные антенны. Существуют короткие волны земные и ионосферные. Первые обеспечивают дальность связи да 50 км, связь ионосферными волнами может вестись на расстояниях от 30 км и больше за счет многократного отражения волны от ионосферы и земной поверхности, образующих естественный природный волновод. Преимущества КВ-диапазона: 1. Рефракция волнами различных препятствий, что позволяет вести связь в горной местности и труднодоступных участках. 2. Отсутствие ограничений по дальности связи при использовании ионосферной волны. 3. Сравнительно малая мощность передатчика обеспечивает необходимую дальность по сравнению с другими диапазонами. Недостатки КВ-диапазона: 1. Связь на КВ требует некоторых навыков и специфических знаний. 2. Сравнительно большая длина антенны затрудняет использование носимых радиосредств. 3. Подверженность большому виду помех: атмосферным, промышленным, автомобильным, космическим, за счет чего затруднено использование КВ-аппаратуры в городских условиях. 4. Наличие замираний может снизить качество связи или полностью сорвать связь. Замирания обусловлены интерференцией волн в точке приема, пришедших с различным числом отражений от ионосферы, в результате чего уровень сигнала может быть недостаточным для обеспечения связи. Еще одна причина замираний – рассеяние волн на неоднородностях атмосферы, поворот плоскости поляризации волны в процессе распространения. Способы борьбы с замираниями: 1. Применение систем АРУ. 2. Прием на разнесенные антенны. 3. Применение антенн с двумя ортогональными плоскостями поляризации. Работа в КВ-диапазоне считается самой сложной, и нет полной гарантии обеспечения связи в данном диапазоне. Преимуществом использования амплитудной модуляции является узкий спектр излучаемого сигнала, что определяет ее использование в загруженном КВ-диапазоне, где на каждую радиостанцию выделена узкая полоса частот. Простота реализации данной модуляции позволяет значительно упростить схемы приемных устройств и, следовательно, снизить их себестоимость. В свою очередь, величина П Для однокаскадного транзисторного гетеродина с кварцевой стабилизацией на рабочей частоте ниже 30 МГц относительная нестабильность 𝛿𝑓 Для гетеродинных приемников АМ-сигналов 𝑓 Приняв 𝛿𝑓 Т.к. разрабатываемый приемник не предназначен для связи с движущимися объектами, примем ∆𝑓 Для приемника АМ-сигналов П Тогда необходимая ширина полосы пропускания будет равна П = 8,28 кГц. где П k=1,3810-23 Дж/град – постоянная Больцмана; Т R Величина 𝛾 𝑚 𝑘 П При приеме телефонных сигналов 𝑘 Приняв 𝑚 Минимально достижимый коэффициент шума транзистора в любой схеме включения в усилителе РЧ составляет около 6 дБ ([1], таблица 1.3), то есть подходит с огромным запасом любой транзисторный УРЧ. Для приемника АМ-сигналов стандартная промежуточная частота равна f Рассчитаем обобщенную расстройку зеркального канала ξ ξ ξзк=4*(465*103 / 3.65*106) * [(3.65*106 + 465*103)/(3.65*106 + 2 465*103)]/0.013 = 35.2 дБ Для обеспечения необходимого нам уровня ослабления по зеркальному каналу в 55дБ, примем схему линейного тракта, указанного на рисунке 1. Рисунок 1. Обобщенная схема линейного тракта. Его нормированные частотные характеристики отображены на рисунке 2а. Рисунок 2. Нормированные частотные характеристики преселектора. Рассчитаем обеспечение избирательности по соседнему каналу в данной схеме ξ ξ ξ По графику на рисунке 2 б расстройка на краях ПП приемника Se ξ ξ Ослабление, которое можно допустить в УПЧ: Se Отсюда, ослабление соседнего канала, необходимое в УПЧ и ПМФ: Se Дальнейшее ослабление до необходимого уровня осуществляется в пьезомеханическом фильтре ПФ1П-1М. Таким образом, обобщенная схема приемника непрерывных АМ-сигналов будет выглядеть, как показано на рисунке 3: Рисунок 3. Обобщенная схема приемника непрерывных сигналов с АМ. Поскольку частота принимаемого сигнала меняется в довольно узком диапазоне, имеет смысл применить настроенную антенну. В этом случае можно считать, что внутреннее сопротивление антенны в этом диапазоне постоянно и является чисто активным (Z При работе с настроенной антенной часто используется трансформаторная или автотрансформаторная связь контура с антенной и УРЧ. Выберем автотрансформаторную связь, т.к. при этом требуется меньшее число намоточных элементов. Схема входной цепи изображена на рис. 4. Рисунок 4. Схема входной цепи. Исходя из табл. 4.4 [1] находим С Находим индуктивность контура: Теперь вычисляем коэффициенты включения фидера m Для нашего случая W R В качестве фидера выбран коаксиальный кабель РК-103 длиной 4м со следующими параметрами: Из таблицы 4.5 [1] выбираем собственное затухание контура d = 0,0055. Ранее выбрано d Рассчитываем коэффициент передачи напряжения входной цепи: L Коэффициент передачи входной цепи можно считать практически неизменным в заданном диапазоне, т.к. этот диапазон относительно узкий (коэффициент перекрытия диапазона Рассчитываем емкость контура: где Из ряда Е24 выберем ближайший номинал 180 пФ. Выберем подстроечный конденсатор С 3. Расчет УРЧ В качестве УРЧ выберем усилительный каскад, транзисторы в котором включены по каскодной схеме (рисунок 5). Cреди каскодных схем лучшей по своим показателям является схема ОЭОБ. Каскодные усилители примечательны тем, что в каскадах почти полностью развязаны входная и выходная цепи, т.к. база транзистора каскада с ОБ имеет неизменный потенциал. Поскольку входное сопротивление каскада с ОБ ничтожно мало, каскад с ОЭ работает в режиме короткого замыкания на выходе (т.е. по сути работает как каскад с ОК), обеспечивая такое же усиление, как идеализированный каскад с ОЭ. Входное сопротивление на высоких частотах выше, т.к. существенно уменьшается входная ёмкость каскада. Резкое ослабление ОС с выхода на вход способствует устойчивой работе каскада, особенно в резонансных усилителях. Рисунок 5. Схема УРЧ. В схеме, приведенной на рисунке 5 сопротивления R1 и R2 образуют делитель напряжения и служат для подачи смещения на транзистор VT1, R3 выполняет те же функции для второго транзистора. R 1) Выберем для УРЧ транзистор КТ368 с параметрами: β = 50, f Примем I 2) Определим изменение обратного тока коллектора: 3) Тепловое смещение напряжения базы: 4) Необходимая нестабильность коллекторного тока: 5) Рассчитаем сопротивление R 6) Сопротивление фильтра: 7) Резонансный коэффициент усиления на максимальной частоте диапазона f 8) Рассчитаем сопротивления делителя и базы, задающие режим работы транзисторов: Из ряда Е24 выберем ближайший номинал 6.2кОм. Из ряда Е24 выберем ближайший номинал 30 кОм. Из ряда Е24 выберем ближайший номинал 200 кОм. 9) Рассчитаем емкости С Из ряда Е24 выберем номинал 24 нФ. Из ряда Е24 выберем номинал 750 нФ. Т.к. транзистор имеет 𝑓 10) Индуктивность контура выберем равной индуктивности входной цепи: 𝐿 11) Рассчитаем индуктивность связи с контуром ПЧ: где К 12) Выбрав предварительно коэффициент включения катушки в контур 𝑚 = 0.2, рассчитаем коэффициент включения, при котором обеспечивается требуемая избирательность по зеркальному каналу: 13) Рассчитаем коэффициент устойчивости УРЧ: Проверка: К 14) Находим коэффициент шума при согласовании на входе: Где α- коэффициент передачи тока эмиттера. Эквивалентное шумовое сопротивление транзистора: Коэффициент шума каскада: 15) Расчет эквивалентного затухания каскада 𝑑 Т.к. d 16) Емкость разделительного конденсатора: Из ряда Е24 выберем номинал 2200 пФ. 4. Расчет ПЧ ПЧ необходим для преобразования cигнала с частотой 𝑓 В качестве ПЧ будем использовать транзисторный каскад с внешним перестраиваемым гетеродином, транзистор в преобразователе включен по схеме ОЭ (рисунок 6). Для обеспечения фильтрации колебания промежуточной частоты и обеспечения высокой избирательности по зеркальному и соседнему каналам помимо основного контура будем использовать пьезомеханический фильтр ПФ1П-1М, сочетающий в себе свойства пьезоэлектрического и электромеханического фильтров и обладающий высокой добротностью. Его параметры: - средняя частота полосы пропускания: 465 кГц. - полоса пропускания по уровню 6дБ: 7-10 кГц. - вносимое затухание в полосе пропускания: ≤8дБ. - вносимое затухание вне полосы пропускания: 53 дБ. - неравномерность затухания в полосе пропускания: 2 дБ. Рисунок 6. Схема преобразователя частоты. 1) Определим параметры транзистора в режиме ПЧ: 2) Расчет согласования трансформатора смесителя с фильтром через контур. Определим коэффициент шунтирования контура 𝑅 2) Определим конструктивное и эквивалентное затухание контура: 4) Определим характеристическое сопротивление контура. Примем коэффициент включения в цепи коллектора 𝑚=1. 5) Коэффициент включения контура со стороны фильтра 𝑚 6) Эквивалентная емкость схемы С 7) Емкость контура: Из ряда Е24 выберем ближайший номинал 5600 пФ. 8) Действительная эквивалентная емкость схемы: 9) Индуктивность контура 𝐿 10) Действительное характеристическое сопротивление 𝜌′: 11) Резонансный коэффициент усиления 𝐾 Приняв, что требуемый коэффициент усиления 𝐾 12) Индуктивность катушки связи с фильтром 𝐿 Приняв К 13) Расчет параметров по постоянному току: Примем I Определим изменение обратного тока коллектора: Тепловое смещение напряжения базы: Необходимая нестабильность коллекторного тока: Рассчитаем сопротивление R Рассчитаем С Сопротивление фильтра: Рассчитаем сопротивления делителя, задающие режим работы транзистора: Рассчитаем емкость C Из ряда Е24 выберем ближайший номинал 27 нФ. Блокировочная емкость С Из ряда Е24 выберем ближайший номинал 240 нФ. Разделительная емкость С 5. Расчет гетеродина Т.к. приемник настроен на фиксированную частоту, то будем использовать гетеродин на основе генератора с кварцевой стабилизацией частоты, обеспечивающей ее высокую стабильность. Для реализации будем использовать одноконтурный автогенератор по емкостной трехточечной схеме с включением кварцевого резонатора в коллекторно-базовую цепь транзистора (рисунок 7). Рисунок 7. Схема гетеродина. Выберем для гетеродина транзистор КТ368 с параметрами: 𝛽 = 50, 𝑓 Выберем кварцевый резонатор РК169МА в корпусе HC50U с параметрами: f Представив кварцевый резонатор в виде эквивалентной схемы (рисунок 8), рассчитаем параметры гетеродина. Рисунок 8. Эквивалентные схемы кварцевого резонатора: а – общая, б – для одной гармоники, в – последовательного замещения. Т.к. транзистор в автогенераторе обычно работает в недонапряженном режиме, ток коллектора выбирают из условия, что 𝑖 Тогда 𝑆 где i 𝛼 - коэффициент связи колебательного контура с нагрузкой. При повышенном требовании к стабильности частоты выбирают 𝛼 ≤ 0 .25, 𝑖 𝜒 = 0.27 где С τ Из ряда Е24 выберем ближайший номинал 75 пФ. Из ряда Е24 выберем ближайший номинал 270 пФ. 10) Т.к. основная частота кварцевого резонатора не совпадает с требуемой, необходимо включить в контур емкость для изменения его резонансной частоты. Емкость С Приняв Из ряда Е24 выберем ближайший номинал 150 пФ. 11) Поправка к частоте колебаний 𝜐: 12) Полученная нестабильность частоты 𝛿𝑓 13) Расчет режимных параметров АЭ: Постоянный ток коллектора и ток первой гармоники: 𝛼 Тогда 𝐼 Напряжение возбуждения 𝑈 Амплитуда напряжения на коллекторе 𝑈 где 𝑃 𝜑 Приняв 𝑃 Мощность постоянной составляющей коллекторного тока 𝑃 Проверка теплового режима АЭ: 𝑃 Постоянный ток базы 𝐼 Напряжение смещения на базе 𝑈 где 𝑈 14) Для улучшения стабильности частоты и выходной мощности применяют автоматическое смещение тока эмиттера, выбираемого в пределах 100…500 Ом. Выберем 𝑅 15) Сопротивление базы 𝑅 Примем 𝑅 16) Сопротивление источника питания 𝑅 17) Расчет сопротивлений делителя 𝑅 Приняв ток делителя 𝐼 Из ряда Е24 выберем ближайший номинал 20 кОм. Из ряда Е24 выберем ближайший номинал 10 кОм. 18) Расчет емкости связи С где 𝑅 𝑄′ - добротность цепочки 𝑅 где Исходя из этого, Из ряда Е24 выберем ближайший номинал 470 пФ. 19) Шунтирующая емкость эмиттера С Из ряда Е24 выберем ближайший номинал 11 нФ. 6. Расчет УПЧ Исходя из усиления, требуемого от УПЧ (720 раз) выберем 2-каскадный УПЧ, выполненный по схеме с общим эмиттером. Исходными данными для расчета УПЧ получают из предварительного расчета приемника. К ним относятся: Рисунок 9. Каскад УПЧ Возьмем для расчета биполярный транзистор КТ3102А со следующими параметрами: Iб=0,2 мА, Uбэ=0,62 В. β Расчет Y-параметров транзистора на Расчет параметров по постоянному току: В соответствии с рядом Е24: В соответствии с рядом Е24: В соответствии с рядом Е24: В соответствии с рядом Е24: В соответствии с рядом Е24: В соответствии с рядом Е24: Расчет производился по методике из источника [1]. Примем индуктивность контура УПЧ Lк=3 мкГн. Тогда из формулы Томпсона можно вычислить емкость контура Cк. В соответствии с рядом Е24: 7. Расчет амплитудного детектора В качестве амплитудного детектора выберем схему последовательного амплитудного детектора, имеющую более высокое входное сопротивление и обеспечивающую лучшую фильтрацию колебаний промежуточной частоты, чем схема параллельного детектора (рисунок 10). Рисунок 10. Схема диодного амплитудного детектора Параметры для расчета: 𝑅 При сравнительно большой амплитуде входного сигнала может резко возрастать обратный ток диода, т.к. уменьшается его обратное сопротивление, что приводит к уменьшению коэффициента передачи детектора. Поэтому в амплитудных диодных детекторах применяют диоды типа Д2, Д9, обладающие большим максимально допустимым обратным напряжением. Исходя из этого, выберем диод Д2В с параметрами: 𝑈 1) Сопротивления 𝑅 Рассчитаем сопротивления: Из ряда Е24 выберем ближайший номинал 8.2 кОм. 2) Рассчитаем емкости С Из ряда Е24 выберем ближайший номинал С 3) Вспомогательный коэффициент 𝛾(𝜃): 4) По таблице 4 [2, c 58] находим cos 𝜃 = 0.55. 5) Коэффициент передачи детектора 𝐾 6) Входное напряжение детектора 𝑈 7) Входное сопротивление детектора 𝑅 8) Емкость разделительного конденсатора С Приняв М Из ряда Е24 выберем номинал 22 мкФ. 9) Определим коэффициент фильтрации ВЧ-колебаний: - фильтром, образованным 𝑅 - фильтром, образованным 𝑅 - общий коэффициент фильтрации 𝐾 8. Расчет АРУ Для реализации автоматической регулировки усиления выберем схему АРУ непрерывного действия с совмещенным детектированием. Для снижения искажений модулированного сигнала введем дополнительный фильтр в цепь обратной связи (рисунок 11). Рисунок 11. RC-фильтр в цепи АРУ. Примем изменение входного сигнала 𝑈 Примем изменение выходного сигнала 𝑈 1)Рассчитаем динамический диапазон изменения входного сигнала 𝐷 2) Динамический диапазон изменения выходного сигнала 𝐷 3) Необходимая глубина регулировки 𝜎: 4) Рассчитаем число усилителей, охваченных обратной связью АРУ, необходимых для обеспечения требуемой глубины регулировки: где 𝑛 − глубина регулировки, приходящаяся на один каскад. Обычно Таким образом, для обеспечения АРУ достаточно охватить обратной связью только УПЧ. 5) Рассчитаем необходимый суммарный коэффициент усиления приемника при минимальном и максимальном входном и выходном уровнях сигнала: 6) Необходимые пределы регулируемого коэффициента усиления УПЧ: Примем максимальный коэффициент усиления УПЧ, равный рассчитанному: 𝐾 где: 7) Выбор и расчет токов при регулировке. Ток коллектора при регулировке изменяется в широких пределах, что дает широкий диапазон регулирования. Но для улучшения остальных параметров его нужно ограничивать. Обычно в ВЧ-транзисторах малой мощности I Исходя из этого, I Графически найдя из статических входной и выходной характеристик параметр ℎ Исходя из того, что полученный коэффициент усиления близок к требуемому, можно сделать вывод о правильности выбора токов и отсутствии необходимости применения усиления в цепи АРУ. 8) Рассчитаем НЧ-фильтр в цепи АРУ. При прохождении сигнала через цепь АРУ могут возникнуть искажения принимаемого сигнала, обусловленные снижением коэффициента модуляции входного сигнала промежуточной частоты из-за влияния модулированного сигнала регулировки АРУ, что может вызвать потерю информации. Данный эффект возникает при неправильном выборе постоянной фильтра в цепи АРУ 𝜏 где: 𝐾 - коэффициент, характеризующий максимально допустимое изменение коэффициента модуляции под действием АРУ. Приняв 𝐾 9. Выбор УНЧ Исходя из условий необходимого усиления, обеспечения полосы пропускания, с учетом допустимого уровня шума приемника в качестве УНЧ выберем микросхему TDA7056 с параметрами: - диапазон частот: 20 Гц-10 кГц; - коэффициент усиления: 40 дБ; - выходная мощность: до 3 Вт; - выходное сопротивление: 4 Ом; - входной ток: до 100 мА; - выходной ток: не более 1А; - входное сопротивление: 100 кОм; - вносимые нелинейные искажения: 0.01%. Данная микросхема построена по мостовой схеме, удовлетворяет всем требованиям касательно применения в рассчитываемом приемнике, а схема ее включения показана на рисунке 12. Рисунок 12. УНЧ на TDA7056. Заключение В ходе данной работы был спроектирован приемник двухполосных одноканальных телефонных сигналов с амплитудной модуляцией. Список используемых источников 1. «Проектирование радиоприемных устройств» под ред. А.П. Сиверса .-М.: Советское радио. -1976. -488с. 2. Л.Н. Бочаров «Расчет электронных устройств на транзисторах» -М.: Энергия. -1978. -208с. 3. «Радиоприемные устройства» под ред. Н.В. Боброва – М.: Советское радио. 1971. -496с. 4. М.К.Белкин, В.Т. Белинский, Ю.Л. Малор, Р.М. Терещук «Справочник по проектированию приемно-усилительных устройств» -М.: Советское радио. 1974. -296с. 5. М.Н. Бергер, Б.Ю. Капилевич «Прямоугольные волноводы» - М.: Высшая школа. -1988 г. -472с. 6. А.И. Аксенов, А.В. Нефедов, «Отечественные полупроводниковые приборы» -М.:СОЛОН-ПРЕСС. -2008. -592с. 7. Конспект лекций по дисциплине «УП и ОС». ПРИЛОЖЕНИЕ А Схема электрическая структурная ПРИЛОЖЕНИЕ Б Схема электрическая функциональная ПРИЛОЖЕНИЕ В Преселектор. Верхний слой печатной платы.Нижний слой печатной платы.  перейти в каталог файлов | Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей |