Реферат: Расчёт супергетеродинного приёмника ДВ, СВ волн

Реферат: Расчёт супергетеродинного приёмника ДВ, СВ волн

1.1 Введение

         Изобретение радиосвязи великим русским ученым А.С. Поповым в 1895 г. – одно из величайших открытий науки и техники.

         В 1864 г. английский физик Максвелл теоретически доказал существование электромагнитных волн, предсказанное еще Фарадеем, а в 1888 г. немецкий ученый Герц экспериментально доказал существование этих волн. Опыт Герца состоял в том, что с помощью катушки Румкорфа в пространстве создавались слабые электромагнитные волны, воспринимаемые тут же расположенным «резонатором». Слабая искра в резонаторе свидетельствовала о приеме высокочастотных электромагнитных колебаний. Казалось, что принцип связи без проводов уже найден, стоит лишь увеличить мощность передающего устройства. Именно по этому пути и шли ученые, которые хотели использовать волны Герца для связи без проводов. Однако это не привело к существенным результатам.

         Другим путем пошел А. С. Попов, обратив основное внимание на отыскание возможностей приема очень слабых сигналов, т.е. на повышение чувствительности приемника.

         7 мая 1895 г. А.С. Попов на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в Петербурге демонстрировал прибор, принимающий электромагнитные колебания. Этот прибор был первым в мире радиоприемным устройством; к нему было добавлено регистрирующее устройство и создан грозоотметчик.

         Радиоприемное устройство Попова отличалось от приемных устройств предшествующих исследователей (Герца, Лоджа) двумя особенностями: наличием антенны и использованием усиления принятого сигнала.

         В дальнейшем Попов значительно повысил чувствительность своего приемника, введя в схему своего радиоприемника колебательный контур, настраиваемый в резонанс с частотой электромагнитных колебаний.

         В 1904 г. английский ученый Флеминг изобрел двухэлектродную лампу (диод), а в 1906 г. Ли де Форест ввел в нее третий электрод – управляющую сетку. Электронная лампа вызвала большие изменения в технике радиосвязи. Дальнейшее развитие техники радиоприема было связано с усовершенствованием электронных ламп. С 1918 г. стали применять так называемую регенеративную схему, которая позволила значительно повысить чувствительность и избирательность радиоприемников.

         В 1918 г. Армстронг получил патент на схему супергетеродинного приемника. В начале 30-х годов были созданы многосеточные лампы, в связи, с чем супергетеродинные схемы становятся основными для большинства выпускаемых радиоприемников. В 60-е годы началось освоение инфракрасного и оптического диапазонов волн. Развитие радиолокационной техники привело к разработке новых методов усиления слабых электрических колебаний. Были созданы малошумящие усилители СВЧ с использованием ламп бегущей волны, молекулярные и параметрические усилители, усилители на туннельных диодах. Развитие полупроводниковой электроники привело к новому направлению в разработке методов и устройств приема и обработки информации – микроэлектронике. Успехи в развитии современной микроэлектроники позволяют значительно улучшить основные параметры радиоприемников. Замена целых функциональных узлов и блоков радиоприемника интегральными микросхемами, замена конденсаторов переменной емкости или варикапными матрицами позволяют использовать новые методы конструирования радиоприемников, как-то: синтез частот, бесшумная настройка, автоматическая регулировка полосы пропускания при изменении уровня входных сигналов, программное управление приемником и т.д.

         Современная технология производства радиоэлектронной аппаратуры, принципиально новые схемные решения, реализация которых стала возможной на ее основе, так как количество элементов и сложность схем при использовании интегральных микросхем перестали быть ограничивающими факторами, позволили резко повысить качественные показатели всех видов радиоприемных устройств.

         Современные радиоприемные устройства обеспечивают надежную связь с космическими станциями, работают в системах спутниковой связи, в многотысячекилометровых радиорелейных линиях. Судовождение, авиация немыслимы сегодня без совершенных радиолокационных станций.

         Современная научно-техническая революция находит свое яркое выражение в бурном развитии радиотехники, в частности техники радиоприемных устройств.

1.2 Эскизный расчет приемника

Вариант№20

Параметры приемника:

1.   Диапазон принимаемых частот fн÷fв, кГц ………….........................ДВ, СВ.

2.   Чувствительность на магнитную антенну Еа, мВ/м …………..………… 3

3.   Селективность по соседнему каналу δск, дБ……………………………….40

4.   Селективность по зеркальному каналу δзк, дБ ……………………………30

5.   Выходная мощность Pвых, Вт .……………………………………………0,15

6.   Спектр воспроизводимых частот Fн÷Fв, Гц………………………..300÷3500

7.   Неравномерность частотной характеристики М, дБ ……………………..12

8.   Коэффициент нелинейных искажений Кг, %.………………………………8

9.   Действие АРУ на входе ………………………………………………….25дБ

                              на выходе………………………………………………….6дБ

10.             Вид питания – батарея 6В

11.             Рассчитать принципиальную схему каскадов АД и УННЧ

12.             Рассчитать частотную характеристику УНЧ

1.2.1 Определение и выбор типа радиоприемного устройства

         Для выбора типа радиоприемного устройства воспользуемся               ГОСТ 5651-89. Аппараты по электрическим и электроакустическим параметрам подразделяют на три группы сложности: высшую (0); первую (1) и вторую (2). Брем таблицу с трактом АМ – это тракт приема программ радиовещательных станций в диапазонах ДВ, СВ и КВ, а диапазон нашего приемника ДВ, СВ. Но мы не берем высшую группу сложности, так как наш радиоприемник не совпадает с ней ни по одному параметру.

Тракт АМ

Табл. №1

* Для аппаратов объемов менее 0,001 м3 диапазон устанавливают в ТУ.

** Для аппаратов объемом менее 0,001 м3.

При сравнении параметров приведенных в таблице с параметрами нашего приемника, во втором классе приемника (2) было найдено 7 совпадений (отмеченных знаком !), тогда как в первом классе (1) – лишь 1 совпадения (отмеченных знаком  !). В первом случае совпали чувствительность  магнитной антенны, действие автоматической регулировки усиления, односигнальная избирательность по соседнему каналу и диапазон воспроизводимых частот. Во втором случае совпала лишь чувствительность магнитной антенны.

         На этом основании я выбираю 2 класс сложности радиоприемного устройства.

1.2.2 Выбор поддиапазонов и их границ

Если при неизменной индуктивности контура не может быть обеспечено перекрытие всего диапазона приемника переменным конденсатором, а также для удобства и большей точности установки частоты и настройки приемника на станции диапазона коротких и ультракоротких волн, диапазон приемника делится на отдельные поддиапазоны. Предварительный выбор числа усилительных каскадов и избирательных контуров приемника необходимо производить на каждом поддиапазоне отдельно. Поэтому предварительный расчет приемника необходимо начинать с выбора числа необходимых поддиапазонов и определения их границ.

В радиовещательных приемниках разбивка на поддиапазоны производится согласно ГОСТ 5651-89. В соответствии с этим дополнительно на поддиапазоны разбивается только КВ. диапазон, а остальные проверяются на обеспечение выбранным блоком переменных конденсаторов заданного перекрытия частот. Диапазон КВ. радиовещательного приемника обычно делится на 2-3 поддиапазона или выделяется несколько растянутых поддиапазонов.

Так как в технических требованиях на приемник границы поддиапазонов и их количество не заданы, мы рассчитываем коэффициент перекрытия всего диапазона. Выбираем двух секционный блок конденсаторов переменной ёмкости Тесла Cmin=5пф  и  Cmax=385пф, габаритные размеры блока 25*25*25мм. Определяем коэфицент диапазона Кд, задавшись ёмкостью схемы Ссх=30пф, по формуле:

             Кд  =     (Сk max+Ссх)/(Сk min+Cсх)      =    (385+30)/(5+30) =  3,44          

По формуле: Кд.с.= f′c max/f′c min  определяем требуемый коэфицент диапазона по частоте Кд. с, предварительно рассчитав f′c max и f′c min по формулам:

f′c max = 1.02*fc max,

f′c min = fc min/1.02,

Так как мне не заданы частоты диапазонов ДВ и СВ то по ГОСТ 5651-64 я принимаю для ДВ: 150÷408кГц ; для СВ: 525÷1605кГц

Для (ДВ):  f′c max= 1.02*408 =416,16кГц   f′c min=150/1.02 = 147,05кГц ,

Кд.с=416,16/147,05=2,8

Для (СВ): f′c max= 1.02*1605=1637.1кГц  f′c min= 525/1.02 =514.7кГц

Кд.с=1637,1/514,7=3,180

 Проверяем выполнение условия чтобы Кд≥Кд.с:

Для (ДВ): 3,44>2,8    для (СВ): 3.44>3.180,

Так как условие выполняется то в приёмнике применяется один диапазон для (ДВ), и один диапазон для (СВ).    

1.2.3 Проверка перекрытия поддиапазонов

После выбора блока переменных конденсаторов необходимо проверить, сможет ли он обеспечить перекрытие всех поддиапазонов приемника.

Порядок расчета:

1. Определяется эквивалентная емкость схемы С’сх, при которой выбранный ранее блок переменных конденсаторов обеспечит перекрытие данного поддиапазона k’пд.

Для (ДВ) и для (СВ):

С’сх = (Сmax – Кд2Сmin) / (Кд2 – 1) = (385 – 3,442∙5) / (3,442 – 1) = 325,83/10,83=30,08пф          

2. Так как на всех поддиапазонах С’сх > 0, то необходимо вычислить действительную емкость схемы:

Ссх = См + СL + Свн = 15 + 15 = 30 пФ

где См – емкость монтажа (см. табл. №3)

      СL – собственная емкость катушки контура (см. табл. №3)

      Свн – емкость, вносимая в контур электронным прибором на рабочей частоте. Емкость, вносимую в контур электронным прибором на рабочей частоте, мы не вычисляем и принимаем равной 0.

Табл. №3

3. Так как Ссх’ ≈ Ссх (на всех поддиапазонах), то дополнительную емкость можно не определять. И, следовательно, блок конденсаторов выбран, верно.

4. Эквивалентная емкость входной цепи:

Для (ДВ) и для (СВ.):

Сэ = (Ckmin + Ссх’) ÷ (Ckmax + Ссх’) = (5 + 30,08) ÷(385 + 30,08)= 35,08÷415,08 пФ                                 

1.2.4   Выбор промежуточной частоты

Величина промежуточной частоты выбирается из следующих соображений:

1.   Промежуточная частота (fпр) не должна находиться в диапазоне частот приемника или близко от границ этого диапазона;

2.   Промежуточная частота не должна совпадать с частотой какого-либо мощного передатчика.

3.   Для получения хорошей фильтрации промежуточной частоты на выходе детектора должно быть выполнено следующее условие:

fпр ≥ 10Fв ,

где Fв – верхняя частота модуляции.

4. С увеличением промежуточной частоты:

- увеличивается избирательность по зеркальному каналу;

- уменьшается избирательность по соседнему каналу;

- расширяется полоса пропускания;

- уменьшаются входное и выходное сопротивления электронных приборов, что приводит к увеличению шунтирования контуров, а так же понижается крутизна характеристики транзисторов;

- ухудшается устойчивость УПЧ;

- уменьшается коэффициент усиления на каскад за счет уменьшения резонансного сопротивления контура и ухудшения параметров электронных приборов;

- уменьшается вредное влияние шумов гетеродина на чувствительность приемника;

- облегчается разделение трактов промежуточной и низкой частоты, что позволяет упростить фильтр на выходе детектора;

- увеличивается надежность работы устройства автоматической подстройки частоты;

- уменьшаются размеры контуров и блокировочных конденсаторов.

5. С уменьшением промежуточной частоты:

- увеличивается избирательность по соседнему каналу;

- уменьшается избирательность по зеркальному каналу;

- сужается полоса пропускания;

- увеличиваются входное и выходное сопротивления электронных приборов, что приводит к уменьшению шунтирования контуров, а так же увеличивается крутизна характеристики транзисторов;

- улучшается устойчивость УПЧ;

- увеличивается коэффициент усиления на каскад;

- понижается коэффициент шума.

Табл. №4

В соответствии с таблицей №4, я выбираю промежуточную частоту равную 465±2кГц.

1.2.5 Определение ширины полосы пропускания

Ширина полосы пропускания высокочастотного тракта супергетеродинного приемника определяется необходимой шириной полосы частот излучения передатчика корреспондента, а также нестабильностью частоты передатчика корреспондента и гетеродина приемника.

Необходимая ширина полосы частот излучения передатчика 2∆fп зависит от вида передачи и модуляции, и определяется следующим образом:

1. При двух полосной амплитудной модуляции (АЗ)

2∆fп = 2Fв = 2∙3500Гц = 7000Гц=7кГц

где Fв – верхняя (максимальная) частота модуляции.

2. При однополосной амплитудной модуляции:

с подавлением одной боковой полосы (АЗН и АЗА)

2∆fп = Fв = 3500Гц=3,5кГц

с подавлением одной боковой полосы и несущего колебания (АЗJ)

2∆fп = Fв - Fн = 3500 –300  = 3200Гц=3,2кГц

где Fн – нижняя (минимальная) частота модуляции.

1.2.6 Распределение заданной неравномерности усиления в полосе пропускания.

Для обеспечения необходимого минимума частотных искажений в области верхних звуковых частот каждому радио приёмному устройству в технических условиях задаётся наименьшее ослабление на краях полосы пропускания. Для радио вещательных приёмников это ослабление задано в ГОСТ 5651-65.

При проектировании заданная величина ослабления распределяется по отдельным трактам приёмника. Практикой установлено, что наиболее приемлемым является распределение ослабления на краях полосы пропускания приёмника по отдельным трактам, приведенное в таблице№5:

Страницы: 1, 2, 3