Эскизное проектирование и составление обобщенной структурной схемы приемника.

Исходя из технического задания, мною была составлена следующая структурная схема радиоприемника:

Рисунок 15 – Структурная схема радиоприемника

В структурную схему супергетеродинного приемника входят следующие элементы:

- входная цепь (ВЦ) – предназначена для согласования сопротивление антенны и входное сопротивление каскада, обеспечения избирательности по соседним каналам. В данной работе предполагается, что к радиоприемному устройству будут подключаться различные типы антенн. Расчет антенны достаточно длительное и трудоемкое занятие. Поэтому в данной работе будем исходить из того, что подключаемые антенны будут согласованы и будут иметь определенную частотную избирательность. Волновое сопротивление антенны подбирается путем которая заранее рассчитывается. Частотная избирательность достигается за счет эффективной длины антенны, кратной ¼ длины волны.

- преобразователь частоты (ПЧ), в состав которого входят смеситель (С) и гетеродин (Г) – его основное назначение: перенос спектра сигнала на более низкую промежуточную частоту; это специфический элемент супергетеродинного приемника;

- фильтр промежуточной частоты (ФПЧ) – предназначен для обеспечения избирательности по соседнему каналу

- усилитель промежуточной частоты (УПЧ) – предназначен для выделения спектра сигнала из помех, близких по частоте, и усиления его до величины, необходимой для работы детектора сигнала;

- Блок автоматической регулировки усиления (АРУ) – предназначен возможности работы радиоприемного устройства с сигналами в широком динамическом диапазоне. Его основная функция состоит в регулировке коэффициента усиления УПЧ

- Цифровой фильтр (ЦФ) – предназначен для восстановления формы сигнала, и обеспечения временной избирательности.

Выбор элементной базы

Проанализировав рынок полупроводниковой техники за основу радиоприемного устройства, мною была выбрана микросхема TDA7021T, отечественным аналогом которой является микросхема К174ХА34.

Основные достоинства данной микросхемы:

- широкий диапазон питающих напряжений от 1,8 до 6В

- возможность работы в широком частотном диапазоне от 1,8 до 110 МГц.

- Высокая чувствительность: минимальный уровень входного сигнала составляет 4мкВ.

- Входное сопротивление 75 Ом, позволяет использовать широкий ассортимент внешних антенн

- возможность автоматической подстройки частоты

Структурная схема микросхемы TDA7021T и рекомендуемая схема включения приведены на рисунке 16:

Рисунок 16 – Структурная схема микросхемы TDA7021T

Так как нам необходимо произвести демодуляцию АМ сигнала, а микросхема TDA7021T спроектирована с расчетом на ФМ модуляцию, то нам понадобятся лишь некоторые функциональные узлы микросхемы.

Необходимые узлы, использующиеся для демодуляции АМ сигнала, выделены на рисунке 17. Расчет элементов, необходимых для работы функциональных узлов микросхемы будет приведен позже.

Рисунок 17 – Необходимые функциональные узлы, для демодуляции АМ сигнала

Где:

1) Входная цепь, включающая в себя развязку по постоянному току между антенной и входом микросхемы. Так же в первом функциональном узле присутствует МШУ.

2) Смеситель сигнала, подаваемого на вход, с сигналом гетеродина.

3) Функциональный блок – гетеродин. Состоит из автогенератора, переменного колебательного контура и блока АПЧ

4) Первый фильтр ПЧ

5) Второй фильтр ПЧ. Усилитель - ограничитель

6) Амплитудный детектор

График зависимости выходного напряжения, от уровня входного сигнала представлен на рисунке 18

Рисунок 18 – Зависимость выходного напряжения, от уровня входного сигнала.

Минимальный уровень сигнала, определяется минимальной чувствительностью приемника. Для данной микросхемы, минимальный уровень входного сигнала составляет 4мкВ. Так как динамический диапазон входных сигналов задан на уровне 40дб, то максимальная входная амплитуда будет порядка 0,1мВ.

Исходя из уровней входных сигналов, и графика зависимости напряжения на выходе амплитудного детектора, можно получить диапазон выходных сигналов. Он будет лежать в пределах от 80мВ до 160мВ. Причем максимальный уровень сигнала будет при отсутствии какого либо сигнала на входе. Сигнал с такой амплитудой, затрудняет дальнейшую его обработку и требует для дальнейшего воспроизведения, инвертирующий усилитель.

Для увеличения амплитуды сигнала воспользуемся операционным усилителем, включенным по схеме с отрицательной обратной связью.

Операционный усилитель должен удовлетворять следующим требованиям:

- Напряжение питания +5В

- Должен вносить минимум искажений в выходной сигнал

- Должен иметь возможность усиливать широкий частотный диапазон входных сигналов.

- Должен иметь широкий температурный диапазон

Изучив рынок операционных усилителей, мною был выбран операционный усилитель фирмы National Semiconductor LMV721. Данный ОУ имеет 5В питание, температурный диапазон от -45 до +85 градусов, рабочую полосу частот от 10Гц, до 10МГц, компактное планарное исполнение.

На выходе ОУ мы сможем получить необходимую амплитуду сигнала, но его форма будет все еще не идеальна для восприятия человеческим ухом. Для борьбы с этой проблемой, необходимо прежде всего восстановить прямоугольную форму сигнала, и промодулировать её на частоте, которая лучше всего воспринимается человеком. Данная частота должна лежать в диапазоне от 1кГц до 8кГц. Для реализации такого фильтра, мною был выбран микроконтроллер фирмы Atmel ATmega16-16AU. Данный микроконтроллер представляет собой планарную микросхему.

Основные характеристики:

- Тактовая частота до 16МГц

- температурный диапазон от -40 до +85 градусов

- Напряжение питания от 4,5В до 5,5В

- Число каналов АЦП 32

- Число ШИМ каналов 4

Данный микроконтроллер может осуществлять до 264тыс измерений в секунду при помощи встроенного АЦП, и генерировать ШИМ сигнал с частотой от 4кГц до 8МГц.

Так же наличие перепрограммируемого микроконтроллера заметно облегчит задачу, дальнейшей модернизации радиоприемника.