Приёмник радиовещательный карманный

Содержание

Основные требования к приемнику по ГОСТу 5651 – 89

Введение

1. Выбор и обоснование структурной схемы приемника

Расчет полосы пропускания

Расчет чувствительности

Разбивка на диапазоны и выбор элементов настройки

Выбор средств обеспечения избирательности по соседнему и зеркальному каналам

Выбор активных элементов и распределение усиления

Выбор и обоснование структурной схемы приемника

2. Расчет электрической схемы

2.1 Расчет входной цепи

2.2 Расчет УРЧ

2.3 Расчет УПЧ

2.4 Расчет Преобразователя частоты

2.5 Расчет Детектора

3. Конструкция приемника на современных микросхемах

Заключение

Список литературы

Основные требования к приемнику по ГОСТу 5651 – 89

1. Диапазон принимаемых частот СВ: 525 – 1605 кГц

УКВ 1 65.8 – 74 МГц

УКВ 2 100 – 108 МГц

2. Реальная чувствительность при отношении с/ш в диапазоне АМ не менее 20 дБ и в диапазоне УКВ не менее 20 дБ, для внешней антенны (СВ) 75 мкВ (УКВ 2) 10 мкВ

3. Селективность, дБ не менее:

- по соседнему каналу (при расстройке +/- 9 кГц) (СВ) 30 дБ

(при расстройке +/- 180 кГц) (УКВ) 30 дБ

- по зеркальному каналу (СВ) 46 дБ

(УКВ) 30дБ

- по ПЧ, не менее 40 дБ

4. Промежуточная частота 10.7МГц +/- 0.1МГц

5. Нормальный диапазон воспроизводимых частот 125 … 12000Гц

Введение

радиовещательный приемник диапазон схема

Одной из основных особенностей научно технического прогресса является непрерывный рост информационных потоков во многих сферах человеческой деятельности. Одна из наиболее обширных областей, в которой решается данная задача, является радиовещание. Трудно себе представить быт без радиоприёмников. Это море информации, развлечений, познавательных программ.

Качество принимаемой информации напрямую зависит от качества конструкции приёмника.

Поэтому в данной работе я разработаю карманный радиовещательный приёмник, соответствующий ГОСТу 5651 – 89.

Выбор и обоснование структурной схемы приемника

При проектировании структурной схемы принимаются схемные, конструктивные и технические решения, преследующие следующую цель: - построение приемника, наиболее удовлетворяющего требованиям технического задания. Также радиовещательные приемники должны быть дешевыми, иметь несложную схему и простое управление, поскольку они рассчитаны на массовое производство и служат для индивидуального пользования.

Обычно автомобильные приемники третьего класса выполнены по схеме (рис.1), принимают сигналы на диапазонах СВ (с амплитудной модуляцией) и на УКВ (с частотной модуляцией). Линейный тракт приемника сигналов с АМ состоит из ВЦ (входной цепи), смесителя С – АМ с гетеродином Г – АМ и усилителя промежуточной частоты УПЧ – АМ – ЧМ. Для приема сигналов с ЧМ служит отдельный блок УКВ, состоящий из входной цепи (ВЦ), усилителя радиочастоты (УРЧ), смесителя (С) и гетеродина (Г). С выхода смесителя сигналы подаются на схему УПЧ – АМ – ЧМ, усиливаются и в зависимости от режима работы приемника поступают на демодуляторы - (АД) амплитудный детектор или (ЧД) – частотный детектор, и далее сигнал низкой частоты поступает на усилитель звуковой частоты УЗЧ.

Приемники при необходимости снабжаются устройствами автоматической подстройки частоты (АПЧ). Для нормальной работы приемника при приеме сигналов с АМ введена цепь автоматической регулировки усиления (АРУ). В качестве приемной антенны в автомобильных приемниках используют штыревую телескопическую антенну с сопротивлением rа = 150 Ом и Са = 21 пФ

Расчет полосы пропускания

При расчете полосы пропускания приемника будем полагать, что максимальная верхняя частота модуляции принимаемого сигнала Fв max равна 15 кГц, а максимальное значение девиации частоты f = 75 кГц, тогда значение максимального индекса модуляции принимаемого сигнала , равно 5 ( = 5)

Вычислим ширина спектра принимаемого сигнала:

Тогда значение полосы пропускания приемника найдем по формуле:

Где:

-относительная нестабильность несущей частоты сигнала - определяется назначением приемника; для радиовещательного приемника значение = 10-7 … 10-8 Гц;

-относительная нестабильность частоты гетеродина приёмника. Будем полагать, что в приемнике используется гетеродин с плавной перестройкой частоты LC контуром и =10-3 … 10-4 Гц

- относительная нестабильность частоты тракта УПЧ, и определяется типом селективной системы тракта УРЧ. Будем использовать пьезокерамический фильтр.

В результате Ппр>Пс. Для сужения полосы пропускания приемника применим систему АПЧ (автоматическая подстройка частоты), тогда

используя частотную автоподстройку частоты с Капч = 20, что вполне осуществимо, получим:

Расчет чувствительности

Требуемое отношение сигнал/шум (по напряжению) на входе приемника определяется формулой:

Где

- необходимое отношение сигнал/шум на выходе детектора. Для рассматриваемого диапазона берём = 20 дБ.

- отношение сигнал/шум по мощности.

Коэффициент шума приемника обеспечивающий заданную чувствительность приемника Еа0 при комнатной температуре (290К) определяется неравенством:

K=1.38*10-23 Дж/К – постоянная Больцмана, Т0=290К – стандартная температура приемника. ra =150Ом – внутреннее сопротивление антенны, Пдейств=1.1*Ппр =1,1*257,8=283,6 кГц, Крф - коэффициент передачи фидера по мощности Крф=10-0,1dфb=10-0,1*0,06*1=0,986,

Разбивка на диапазоны и выбор элементов настройки

Проектируемый приемник является стандартным приемником третьей группы сложности, и его основные параметры определены в ГОСТе – 5651 – 89, в том числе и частоты диапазонов. Считаем, что приемник имеет два диапазона: СВ – средневолновый диапазон с частотами от 525 до 1605 кГц и УКВ – ультракоротковолновый с частотами от 100 до 108 МГц.

Выбираем перестройку контуров преселектора в диапазоне УКВ с помощью варикапов (варикапной матрицы КСВ – 111А)

Коэффициент диапазона приемника (в УКВ диапазоне):

Параметры КВС 111А

Сmin = 29.7пФ; Cmax = 36.3пФ; Q = 200; Cном = 33пФ;

Uсм = 4В; fизмер =50МГц; Uобр max = 30В; Iобр max = 1мкА

Определим минимальную емкость варикапа:

Св min = Cном (Uном / Umax)n = 33*10-12*(4.85/4,5+0,85)0.43 = = 31,637пФ

Uном = Uсм + к = 4 + 0.85 = 4.85В

Umax = Uп + к = 4.5 + 0.85 = 5.35В

n = 0.43 (для КСВ – 111А)

В качестве перестраиваемых элементов контуров преселектора будем использовать варикапы при встречном включении, тогда Св min встр = Св min /2 = 31.637/2=15.82пФ.

С0 = CL+CM+Cп+m12Cвых+m22Cвх

Где

С0 – начальная емкость контура

CL = 0.5пФ собственная емкость катушек (в диапазоне УКВ 2)

CM = 5пФ ёмкость монтажа

Cп = 2…20пФ = 10пФ ёмкость подстроечного конденсатора

Cвых = 6пФ выходная емкость транзисторного каскада

Cвх = 3пФ входная емкость транзисторного каскада

m1 = 1 и m2 = 0.3…0.5 коэффициенты включения транзистора в контур

С0 = 0,5+5+10+1*6+0.09*3 =21.77 пФ

Св max встр = Св min встр +С ; С =Ск min (Кд2-1); Ск min = Со+ Св min встр;

Ск min = 21.77+15.82 = 37.6пФ;

С = 33.92пФ*((1.227)2– 1)=17.15пФ;

Св max встр = 15.82+9.163 = 24.9пФ

Минимальное и максимальное управляющее напряжение:

Применение электронной настройки в данном приемнике позволяет упростить конструкцию механизма настройки, дает возможность повысить надежность, селективность по принимаемой частоте увеличением числа каскадов с перестраиваемыми контурами. В конструктивном отношении использование электронной настройки позволяет выполнить блок УКВ в виде полностью автономного узла.

Выбор средств обеспечения избирательности по соседнему и зеркальному каналам

Данные для расчета:

f пч = 10.7 МГц, f с min = 88 МГц, f с max = 108 МГц

Seзк= 30дБ – ослабление по зеркальному каналу

257,8 кГц – полоса пропускания приемника = Ппр

В приемниках с расстроенной антенной (как в нашем случае) на этапе расчета структурной схемы принимаем равенство эквивалентных затуханий, нагруженных контуров тракта высокой частоты.

Задаемся ослаблением на краях полосы пропускания для радиовещательных приемников sсч= 1.41. Обобщенная расстройка для краев полосы пропускания при этом будет xсч=0,9, вычисляем минимально допустимое эквивалентное затухание нагруженных контуров тракта преселектора

Эквивалентное затухание контуров тракта dэсч целесообразно выбирать равным dэп если

где q – коэффициент шунтирования контуров активными элементами; d0min - минимально достижимое значение затухания ненагруженных контуров.

определяем обобщенную расстройку для зеркального канала:

Применяем в приемнике верхнюю настройку гетеродина тогда:

Выбираем селективную систему с двумя одиночными резонансными контурами следующего вида:

Вх. Ц УРЧ СМ

Она обеспечит необходимую избирательность по зеркальному каналу. Каждый резонансный контур (входная цепь и контур УРЧ) даст избирательность по зеркальному каналу не менее 30дБ, таким образом общая избирательность по зеркальному каналу Sезк будет не хуже 60 дБ, что лучше требуемой величины.

Ослабление, даваемое преселектором на границе полосы линейного тракта:

Оно настолько мало, что можно не считаться с ним при выборе резонансных контуров.

Выбираем из конструктивных соображений апериодическую входную цепь и первый каскад УРЧ с одиночным резонансным контуром.

Для обеспечения избирательности по соседнему каналу будем использовать пьезоэлектрический фильтр типа ФП1П6 – 1.1 с средней частотой полосы пропускания 10.7 МГц. Такие фильтры используются в радиовещательных приемниках не выше второй группы сложности и удовлетворяют всем необходимым требованиям.

Проверим ослабления вносимые преселектором по промежуточной частоте (канал прямого прохождения). Обобщенная расстройка:

Значение ослабления по ПЧ будет при такой расстройке больше 70 дБ, что соответствует ТУ.

Выбор активных элементов и распределение усиления

Необходимое усиление сигналов в линейном тракте следует обеспечить при достаточной устойчивости каскадов (возможно меньшем их числе), используя экономичные приборы.

Коэффициент усиления линейного тракта Кол должен быть равен:

Uп - амплитуда сигнала на выходе УПЧ приемника, для нормальной работы детектора необходим, чтобы амплитуда сигнала на входе детектора была не меньше 0.2 В, выбираем значение 0.3 В

Еа0 - чувствительность приемника.

Выбор средств обеспечения усиления линейного тракта, начнем с определения коэффициента усиления преселектора (ВЦ и УРЧ). В приемнике с переменной настройкой обычно применяют входную цепь при ненастроенной антенне и коэффициенте связи с антенной не более половины оптимального. Положим k = 0.5 kopt

- коэффициент шума входной цепи.

Для каскада УРЧ выбираем малошумящий транзистор КТ368 Б, который будем использовать еще и в смесителе. Допустимый коэффициент шума приемника может быть обеспечен при одном каскаде УРЧ и смесителе по схеме с общим эмиттером.

Nш урч = 2*Nш тр-ра = 2*2 = 4; Nш см = 4*2 = 8. Коэффициенты шума УРЧ и СМ

Для расчета примем, что в каскаде УПЧ будут использоваться транзисторы КТ339, как наиболее дешевые и подходящие по своим параметрам. Nш упч = 2*7 = 14 – коэффициент шума одного каскада УПЧ, собранного по схеме с общим эмиттером.

Наименьший коэффициент усиления (на максимальной частоте) по напряжению каскада УПЧ:

а по мощности:

наименьший коэффициент усиления преобразователя частоты по мощности:

Устойчивый коэффициент усиления одного каскада УПЧ определяется как:

по мощности:

Проверим, обеспечивается ли заданная чувствительность приемного тракта УКВ.

Как видно коэффициент шума приемника меньше допустимой величины, что обеспечивает чувствительность не хуже заданной.

Требуемый коэффициент усиления по напряжению УПЧ и преобразователя частоты равен:

Где kз = 2 – коэффициент запаса.

Вычислим сколько каскадов необходимо для обеспечения заданного коэффициента усиления тракта УПЧ:

Следовательно, необходимое число каскадов - 4

Минимальная емкость контуров необходимая для стабильности АЧХ УПЧ при смене активных элементов

DС=0,15пФ - средневероятностный разброс емкостей активных элементов

Q(m) - функция, зависящая от вида селективной системы.

Расчет электрической схемы

Расчет входной цепи

Сб VD1 +Еупр

Cвх

L Сп gвх

VD2

Как уже говорилось, перестройка контуров преселектора будет осуществляться варикапами:

Св min = 8.1пФ

Св max = 12.6пФ

Параметры эквивалента антенны постоянны во всем диапазоне рабочих частот, тогда D = 1

1. Индуктивность катушки связи:

2. Максимальный коэффициент связи, обеспечивающий допустимую расстройку

3. Полагая dсв=0,02 ,вычисляем затухание антенной цепи для начала диапазона по формуле:

Вычислим значения для других точек диапазона и сведем результаты вычислений в таблицу:

Таблица 1:

Результаты расчётов для других точек диапазона также сведём в таблицу 1.

4. Так как то принимаем коэффициент связи между катушками равным

5. Коэффициент включения входа электронного прибора к контуру гарантирующий заданное при расчете блок схемы эквивалентное затухание контура расчитывается по формуле:

6. Проверяем осуществимость минимальной эквивалентной ёмкости, для этого должно выполнятся неравенство:

7. Индуктивность контурной катушки вычисляется по следующей формуле:

8. Действительные значения эквивалентного затухания контура определяющие свойства входной цепи вычисляются по следующей формуле:

Рассчитанные значения затуханий контура для других частот также сведём в таблицу.

9. Коэффициент передачи для тех же частот диапазона находим по формуле:

Результаты вычислений сведем в таблицу.

10. Действительное ослабление сигнала на границе полосы пропускания на промежуточной частоте вычисляют по следующей формуле:

или 53,4 дБ, что значительно больше требуемого.

11. Коэффициент шума входной цепи для конца диапазона:

12.Коэффициент передачи по мощности до конца диапазона:

13. Чтобы на блокировочном конденсаторе не создавалось большого падения напряжения сигнала, его ёмкость должна удовлетворять неравенствам:

Сб=2200 пФ.

Расчет УРЧ

Cб1

VT1

VD1

Lk

R3