Введение
Предлагаемый для курсового проектирования радиовещательный приёмник целесообразно выполнять по супергетеродинной схеме с однократным преобразователем частоты, поскольку такая схема построения приёмника даёт возможность обеспечить достаточно высокие технические показатели приёмника без лишнего усложнения его схемной реализации. Возможная структурная схема построения РПУ ЧМ сигналов приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 Структурная схема построения РПУ ЧМ сигналов
В схему входят следующие функциональные блоки:
ВЦ - входная цепь, на которую принимаемый сигнал поступает от внешней или внутренней антенны;
УРЧ - усилитель радиочастоты;
ПЧ - преобразователь частоты, в состав которого входят смеситель (см) и гетеродин (гет) и в котором происходит преобразование принимаемой частоты сигнала в постоянную промежуточную частоту;
УПЧ - усилитель промежуточной частоты, осуществляющий основное усиление сигнала;
ЧД - частотный детектор, перед которым включается амплитудный ограничитель (АО);
УЗЧ - усилитель звуковой частоты;
АПЧ - система автоподстройки частоты.
АС - акустическая система на выходе приёмника, в качестве которой может быть громкоговоритель.
Совокупность функциональных блоков начиная от антенны и включая детектор, образует линейный тракт приемника (ЛТП), который и является предметом проектирования данного курсового проекта.
2 Предварительный расчет
2.1 Расчет полосы пропускания приемника
Полоса пропускания приемника П, складывается из ширины спектра сигнала Пс, включая нестабильности линейного тракта и неточности настроек Пн, и определяется по формуле 2.1:
П=Пс+Пн, (2.1)
где Пс – ширина спектра сигнала;
Пн - нестабильность и неточности настройки тракта.
Ширина спектра сигнала определяется верхней частотой спектра сигнала:
Нестабильность и неточности настройки тракта вычисляется по формуле (2.2):
,
(2.2)
где Δfс - нестабильность частоты сигнала;
Δfг - нестабильность частоты гетеродина приемника;
Δfнач - начальная неточность настройки гетеродина;
Δfнс - неточность настройки сигнала.
Нестабильность частоты для транзисторного гетеродина с кварцевой стабилизацией можно вычислить по формуле (2.3):
,
(2.3)
где
- частота генератора.
Начальная неточность настройки гетеродина определяется по формуле (2.4):
,
(2.4)
где - частота генератора.
Нестабильность частоты сигнала определяется по формуле (2.5):
,
(2.5)
где - частота генератора;
Частота генератора вычисляется по формуле (2.6):
,
(2.6)
где
- частота сигнала, по условию равна
=13,25
МГц;
- частота промежуточной частоты, по
условию равна
=465
кГц.
Тогда частота генератора будет равна:
Теперь, когда нам известна частота генератора, мы сможем рассчитать необходимые значения по формулам (2.3), (2.4) и (2.5).
Тогда по формуле (2.3):
По формуле (2.4):
По формуле (2.5):
Теперь остается вычислить неточность настройки сигнала, которая определяется по формуле (2.7):
,
(2.7)
Тогда неточность настройки сигнала равна:
Сейчас мы можем рассчитать нестабильность и неточности настройки тракта по формуле (2.2):
Тогда полоса пропускания приемника, по формуле (2.1) составит:
2.2 Расчет допустимого коэффициента шума приемника
Если реальная чувствительность
задана в виде мощности сигнала РА,
отдаваемой антенной согласованному с
ней приёмнику, при которой отношение
сигнал/помеха больше или равно
,
то допустимый коэффициент шума можно
вычислить по формуле (2.8):
,
(2.8)
где
- мощность сигнала;
- отношение сигнал/шум;
- постоянная Больцмана, по
условию
;
- температура приёмника, по
условию
;
- шумовая полоса линейного
тракта, которая равна
;
-
шумовая температура антенны,
=580К.
Мощность сигнала можно вычислить по формуле (2.9):
,
(2.9)
где
- чувствительность, по
условию
=
1,5мкВ;
- сопротивление антенны, по условию
=50
Ом.
Тогда по формуле (2.9):
Шумовую температуру антенны, которая характеризует интенсивность воздействующих на антенну внешних шумов, можно определить по графику представленному на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Зависимость шумовой температуры приемной антенны от частоты
(1-максиамальная, 2-минимальная)
Исходя из графика, можно
сказать, что шумовую температуру антенны
приблизительно будет равна
К.
Тогда допустимый коэффициент шума равен:
Такой приемник осуществим.
Проведем расчет реального
коэффициента шума приемника
(без
УРЧ) по формуле (2.10), с целью выяснить:
необходимо - ли применение УРЧ.
,
(2.10)
где
- коэффициенты шума входной
цепи, ПЧ и УПЧ соответственно;
- коэффициенты передачи по
мощности входной цепи, ПЧ соответственно;
- коэффициент передачи по
мощности антенного фидера;
- температура приёмника, по условию ;
- шумовая полоса линейного тракта, которая равна ;
- шумовая температура антенны, =580К.
Коэффициент передачи по мощности антенного фидера мы сможем определить по формуле (2.11):
,
(2.11)
где
- погонное затухание;
- длина фидера.
Для кабеля РК-50-9-12 на частоте
100 МГц погонное затухание не превышает
.
А длину фидера возьмем равной
м.
Тогда коэффициент передачи по мощности антенного фидера будет равен:
В качестве входной цепи
используется контур с фиксированной
частотой настройки с индуктивной связью
с антенной. Данная связь обеспечит
большой коэффициент передачи по
напряжению и высокую избирательность.
Примем коэффициент передачи входной
цепи, по условию, равен
.
Коэффициент шума входной цепи определяется по формуле (2.12):
,
(2.12)
Тогда:
Если в качестве преобразователя использовать каскад на полевом транзисторе 2П306А с общим истоком, то коэффициент передачи мощности по промежуточной частоте определяется по формуле (2.13), а коэффициент шума промежуточной частоты по формуле (2.14):
,
(2.13)
где
- проводимость второго контура по
отношению к первому;
- проводимость первого контура по
отношению к второму.
,
(2.14)
где
- минимальный коэффициент
шума для малошумящего полевого транзистора
2П306А, выраженный в разах.
Для определения воспользуемся формулой (2.15):
,
(2.15)
где
- минимальный коэффициент
шума для малошумящего полевого транзистора
2П306А.
Тогда минимальный коэффициент шума для малошумящего полевого транзистора 2П306А, выраженный в разах, будет равен:
Теперь, по формуле (2.14), мы сможем вычислить коэффициент шума промежуточной частоты. Он будет равен:
А коэффициент передачи по промежуточной частоте равен:
В качестве первого каскада УПЧ используем каскад на транзисторе КТ368Б в схеме с общим эммитером (ОЭ).
Сперва определим коэффициент передачи по мощности первого каскада УПЧ по формуле (2.16):
,
(2.16)
где
- проводимость второго контура по
отношению к первому;
- проводимость первого контура по
отношению к второму.
Коэффициент шума первого каскада определяем по формуле (2.17):
,
(2.17)
где - минимальный коэффициент шума для транзистора КТ368А, выраженный в разах.
Для определения воспользуемся формулой (2.18):
, (2.18)
где - минимальный коэффициент шума для транзистора КТ368А.
Тогда, по формуле (2.18) минимальный коэффициент шума для транзистора КТ368А, выраженный в разах, будет равен:
Теперь, по формуле (2.17), мы сможем вычислить коэффициент шума промежуточной частоты. Он будет равен:
А коэффициент передачи по мощности первого каскада УПЧ, по формуле (2.16), равен:
Теперь определим реальный коэффициент шума по формуле (2.19):
,
(2.19)
Тогда реальный коэффициент шума равен:
Так как
и
,
то использование УРЧ в схеме приемника
необходимо использование УРЧ в
схеме приемника.
Теперь проведем расчет реального коэффициента шума ПРМУ с использованием УРЧ по формуле (2.20):
,
(2.20)
Если в качестве УРЧ использовать каскад на малошумящем полевом транзисторе 2П302А в схеме с общим истоком, то коэффициент передачи по мощности первого каскада УРЧ мы сможем определить по формуле (2.21).
,
(2.21)
где
мСм - проводимость второго контура по
отношению к первому;
мкСм
- проводимость первого контура по
отношению ко второму.
Тогда по, формуле (2.21), коэффициент передачи по мощности первого каскада УРЧ:
Теперь необходимо вычислить коэффициент шума УРЧ по формуле (2.22):
,
(2.22)
где - минимальный коэффициент шума для малошумящего полевого транзистора 2П302А.
Для определения воспользуемся формулой (2.23):
, (2.23)
где
- минимальный коэффициент
шума для малошумящего полевого
транзистора 2П302А.
Тогда, по формуле (2.23), минимальный коэффициент шума для малошумящего полевого транзистора 2П302А, выраженный в разах, будет равен:
Теперь, по формуле (2.22), мы сможем вычислить коэффициент шума промежуточной частоты. Он будет равен:
Тогда реальный коэффициент шума будет равен:
Получаем
и
.