3.2. Разработка функциональной (структурной) схемы рпу.

Разработка функциональной схемы РПУ производится на основе требуемых параметров и характеристик РПУ, приведённых в задании, а также определённых в предыдущем разделе.

Все супергетеродинные приёмники с одним преобразованием частоты состоят из трёх основных трактов: линейного тракта, демодулятора и устройств регулировок. В состав линейного тракта входят входные цепи, усилитель радиочастоты, смеситель и гетеродин преобразователя частоты, а также усилитель промежуточной частоты с фильтром (фильтрами) основной селекции.

Если в процессе проектирования выясняется, что требования к подавлению зеркальной помехи можно выполнить без УВЧ (наиболее вероятно, для вариантов 1 и 2 задания), то последний можно исключить.

В процессе разработки функциональной схемы РПУ ([1],[2]) необходимо:

а) выбрать её тип;

б) определить полосу пропускания и коэффициент прямоугольности линейного тракта;

в) выбрать количество преобразований и номиналы промежуточных частот;

г) распределить избирательность и усиление по трактам;

д.) определить состав трактов РПУ.

Тип функциональной схемы радиоприемника.

В общем случае для выбора функциональной схемы приемника необходимо знать требования к стабильности его частоты настройки. Самые простые приемники 3-4 классов, к которым можно отнести проектируемые в курсовой работе устройства, строятся по схеме с плавным первым гетеродином.

Полоса пропускания и коэффициент прямоугольности.

Полоса пропускания общего радиотракта приемника определяется реальной шириной спектра принимаемого сигнала и точностью настройки приемника на нужную станцию. Предполагается, что рассчитываемое в курсовой работе устройство обеспечивается необходимой точностью настройки вручную, поэтому можно брать ширину полосы пропускания приемника исходя только из ширины спектра сигнала. Коэффициент прямоугольности частотной характеристики радиотракта для них обычно лежит в пределах 1, 7 … 2, 5.

Количество преобразований.

Выбор числа преобразований частоты в приемнике ведется с учетом обеспечения заданных величин подавления соседнего и зеркального каналов. В приемниках ДВ и СВ диапазонов эти условия могут быть выполнены при однократном преобразовании частоты а, на КВ и УКВ-диапазонах требуется двойное преобразование частоты.

При выборе значения промежуточной частоты обычно ориентируются на частоты 100 кГц….1 мГц. Традиционными являются частоты 500 кГц и 465 кГц.

Распределение избирательности и усиления по трактам.

Избирательность по соседнему каналу в основном реализуется в тракте ПЧ, для чего здесь ставится фильтр основной селекции (кварцевый, электромеханический и т.д.). Избирательность по побочному (зеркальному) каналу обеспечивается входными цепями (для схемы с одним преобразованием частоты). В приемниках с двойным преобразованием частоты эта избирательность обеспечивается также и трактом первой промежуточной частоты.

Коэффициент усиления в тракте сигнальной частоты (до 1-го смесителя):

,

где: -допустимое напряжение на входе преобразователя частоты, которое можно положить равным 100…200 мВ

Еа- чувствительность приемника.

В тракте первой промежуточной частоты коэффициент усиления обычно берется не выше 10…20. Коэффициент усиления в тракте 2-й промежуточной частоты должен довести усиление сигнала до нормального уровня, необходимого для детектирования радиосигналов в наилучших условиях, и выбирается по формуле:

,

где: К _З =10…20 –запас усиления на случай старения элементной базы,

В еличина U _дет равна нормальному значению напряжения на входе детектора и выбирается в зависимости от типа детектора. Для АМ детектора эта величина составляет 0,5…1 В (диодная схема); 0,1…0,2 В (транзисторная схема). Для однополосного детектора 0.02….0.04 В, для частотного детектора 2…4 В.

Коэффициент усиления в тракте ЗЧ определяется при расчете этого тракта и зависит от заданной выходной мощности.

Если требования к односигнальной селективности по соседнему и зеркальному каналам в приёмнике с одним преобразованием частоты не могут быть выполнены одновременно, то следует использовать принцип двойного преобразования частоты. Такая ситуация возникает при работе над вариантами задания 3… 6. Возникающие противоречия между требованиями селективности по соседнему и зеркальному каналам можно устранить выбором фильтра основной селекции на пьезоэлектрических (кварцевых) резонаторах при промежуточной частоте несколько МГц.

При распределении избирательности по трактам следует помнить, что ослабление помех по соседнему каналу приёма определяется характеристиками фильтра основной селекции (ФСС, электромеханические, пьезокерамические и кварцевые фильтры) в тракте ПЧ. Поэтому в случае применения одного из указанных типов фильтров основной селекции можно считать, что избирательность по соседнему каналу целиком обеспечивается в том каскаде УПЧ, где использован этот фильтр.

Защищённость РПУ от воздействия помех по побочным каналам приёма (зеркальные, промежуточные комбинационные частоты) определяется, в первую очередь, характеристиками входных цепей приёмника. В РПУ с двойным преобразованием частоты свой вклад в подавление помех вносят также селективные цепи первой промежуточной частоты.

3.3. Расчёт каскадов РПУ

3.3.1. Расчёт усилителя звуковых частот (УЗЧ).

Исходными данными для расчёта являются выходная мощность УЗЧ, сопротивление нагрузки и напряжение ЗЧ на входе усилителя.

При построении УЗЧ на дискретных транзисторах можно воспользоваться методикой расчёта, приведённой в [8].

В настоящее время отечественная электронная промышленность выпускает разнообразные интегральные микросхемы (ИМС) УЗЧ.

Для построения усилителя мощности ЗЧ рекомендуется использование ИМС типа К174УН7. Эта ИМС при работе от источника питания напряжением +15 В  10 отдаёт в нагрузку сопротивлением 4 Ома мощность 4, 5 Вт. При понижении напряжения питания соответственно снижается выходная мощность. При использовании микросхемы с сопротивлением нагрузки более 4 Ом также снижается выходная мощность. Типовое включение микросхемы приведено на рис. 1.

Для построения предварительного усилителя ЗЧ можно использовать как ИМС предварительного УЗЧ, так и операционные усилители.

Микросхема К174УНЗ представляет собой предварительный усилитель ЗЧ. При номинальном напряжении питания +6 В  10 и сопротивлении нагрузки более 10 кОм она имеет коэффициент усиления по напряжению 400 … 1400. Типовое включение ИМС дано на рис. 2. С помощью подбора цепочки обратной связи Р9С6 возможно изменение коэффициента усиления.

Примером ИМС предварительного усилителя ЗЧ с улучшенными характеристиками может служить микросхема К538УН1. Она требует минимальное число внешних элементов. Микросхема имеет малый шум в полосе звуковых частот (около 1 мкВ), малые нелинейные искажения (0, 05), большой коэффициент усиления (до 100000), защиту от короткого замыкания выхода, питание от однополярного источника напряжением 12 … 18 В. Типовое включение ИМС в качестве линейного усилителя приведено на рис.3. Подбором сопротивления резистора R4 возможно изменение коэффициента усиления УЗЧ.

Микросхемы операционных усилителей (ОУ) также можно с успехом использовать для построения предварительных УЗЧ. ОУ отличаются малыми собственными шумами, большим коэффициентом усиления, возможностью точного выбора величины последнего. С помощью создания искусственной ”средней точки” можно осуществить питание ОУ от однополярного источника. Пример такого включения ОУ в схеме предварительного УЗЧ приведён на рис. 4. (цепи коррекции не показаны).

3.3.2. Низкочастотные фильтры телеграфного сигнала.

При приёме телеграфных сигналов необходимо в тракте ЗЧ предусмотреть возможность включения полосового фильтра (для вариантов 2,3,4).

Использование LC – фильтров на звуковых частотах нежелательно из – за больших габаритов катушек индуктивности и необходимости их тщательной экранировки (иначе возможно возникновение фона переменного тока).

Для создания полосового фильтра ЗЧ наиболее приемлемо использование ОУ. Схема подобного фильтра приведена на рис. 5. На рис. 6 приведены АХЧ фильтра при различном числе его звеньев. Здесь же указаны соответствующие коэффициенты передачи.

3.3.3. Расчёт схем детекторов.

Расчёт диодных и транзисторных детекторов АМ и ЧМ сигналов широко освещён в технической литературе, например, [1], [2].

Для неискажённого детектирования максимальная амплитуда однополосного или телеграфного сигнала на входе детектора должна быть сравнительно малой (порядка 20 мВ). Это позволяет рассматривать детектирование однополосного (ОБП) и телеграфного (ТЛГ) сигналов как перенос их спектров в область ЗЧ. Для построения ОБП и ТЛГ детекторов можно использовать хорошо известные схемы фазовых детекторов на диодах, транзисторах и ИМС. Расчёт фазовых детекторов представлен в большом числе публикаций: [1], [2], [7].

Для создания детекторов ОБП и ТЛГ сигналов наиболее целесообразно использовать ИМС дифференциальных усилителей и аналоговых пере множителей, например, К140МА1, К174ПС1, К175УВ2, К175УВ4, К525ПС1, К525ПС2 и К526ПС1.

Пример применения ИМС типа К175УВ4 в качестве детектора однополосных и телеграфных сигналов приведён на рис. 7.