Содержание

		Стр.
	Введение
1	Обзор существующих типов радиоприемников и выбор типа для разрабатываемой конструкции.	4
1.2	Выбор приемника	7
2	Выбор элементов примененных в конструкции приемника	13
2.1	Операционный усилитель	15
2.1.1	Выбор операционного усилителя	15
2.2	Конденсаторы	18
2.2.1	Выбор подстроечного конденсатора	20
2.2.2	Выбор керамического конденсатора	22
2.3	Резисторы	23
2.3.1	Выбор резистора	24
2.3.2	Выбор переменного резистора	24
2.4	Катушка индуктивности	26
2.4.1	Выбор катушки индуктивности	27
2.5	Выбор разъема питания	29
2.6	Выбор розетки с контактами	33
2.7	Выбор цифрового генератора	34
2.8	Транзисторы	35
2.8.1	Выбор транзистора	36
2.9	Диоды	38
2.9.1	Выбор диода	38
3	Разработка принципиальной схемы супергетеродинного приемника	41
5	Расчет колебательных контуров	53
6	Расчет трансформатора	54
7	Расчет последовательного колебательного контура	56
8	Обзор существующих типов антенн и выбор типа для разрабатываемой конструкции.	56
8.1	Расчет антенны	57
6	Экономическая часть
6.1	Разработка сетевого графика
6.2	Расчет себестоимости разработки дипломного проекта
6.2.1	Общие положения
6.2.2	Расчет затрат на основные материалы
6.2.3	Расчет затрат на изделия внешней поставки
6.2.4	Транспортно- заготовительные расходы
6.2.5	Расчет основной заработной платы
6.2.6	Расчет средств по статье «Страховых взносов на основную заработную плату»
6.2.8	Расчет средств по статье «Накладные расходы»
6.3	Экономическая эффективность
7	Безопасность и экологичность
7.1	Анализ основных источников опасности
7.2	Требования безопасности к производственным ирабочим помещениям
7.3	Требования к обслуживающему персоналу
7.4	Микроклимат производственных помещений
7.5	Освещенность производственных помещений
7.6	Экологичность проекта
7.7	Основы электробезопасности
7.8	Пожарная безопасность при эксплуатации ПЭВМ
7.9	Оказание первой помощи при поражении электрическим током
7.10	Дерево событий
	Заключение
	Перечень сокращений
	Список литературы
	ПРИЛОЖЕНИЕ А
	ПРИЛОЖЕНИЕ Б
	ПРИЛОЖЕНИЕ В

Аннотация

Пояснительная записка к дипломному проекту " Разработка приемника радиолинии связи между оборудованием удаленного светофора и диспетчерским пунктом " содержит:

• 115 лист;

• 51 рисунков;

• 27 таблиц;

• 5 приложений;

• 7 плакатов.

Ключевые слова: супергетеродинный приемник, входной колебательный контур, смеситель, промежуточная частота, детектор, операционный усилитель, волновой канал, повторитель.

В дипломном проекте разработан супергетеродинный приемник, принимающий сигналы на двух частотах 26970 кГц и 27120 кГц. Для приемника разработана антенна типа укороченный волновой канал.

В технико-экономической части разработан сетевой график выполнения дипломного проекта, проведен расчет себестоимости разработки и цены предприятия на разработку данного дипломного проекта, а также проведен расчет экономической эффективности разработки.

Себестоимость разработки данного дипломного проекта составила 125 176,1рублей.

Введение

Радиоприемным устройством (РПУ) называют такое радиотехническое устройство, которое предназначено для приёма радиосигналов и преобразования их к виду, позволяющему использовать передаваемое сообщение.

В радиопередающем устройстве сообщение преобразуется в соответствующий ему модулирующий сигнал. Этот сигнал модулирует высокочастотное колебание. С помощью передающей антенны происходит преобразование энергии радиосигнала, т.е. модулированного высокочастотного электрического колебания, в энергию электромагнитного поля. В виде радиоволн поле распространяется в окружающем антенну пространстве. При этом радиоволна может рассеиваться, поглощаться, отражаться от неоднородностей среды, преломляться и т.д. В результате энергия радиоволны в месте приема оказывается значительно меньше, чем вблизи передающей антенны. С помощью приемной антенны происходит обратное преобразование энергии электромагнитного поля высокой частоты в энергию электрического колебания. В результате цепи приемной антенны создается ЭДС радиосигнала, являющегося источником входного воздействия для РПУ.

Радиоприем сопровождается действием на радиоканал различных радиопомех, а также искажением сигнала. Радиопомехи и искажения сигнала могут привести к недопустимым искажениям в передаваемом сообщении.

Под помехами понимаются все действующие на РПУ колебания, которые мешают приему полезного сообщения и приводят к его искажению.

Радиопомехи могут возникать вне РПУ, т.е. в среде распространения радиоволн (внешние помехи) и внутри него (внутренние помехи). Совокупность всех помех определяет электромагнитную обстановку (ЭМО) в месте приема.

Искажения вне РПУ связаны с физическими процессами, сопровождающими распространение радиоволн: многолучевостью, дисперсией и др. Искажения внутри РПУ обусловлены не идеальностью его характеристик, т.е. отличием характеристик РПУ от тех, которые не приводят к искажениям передаваемого сообщения.

Выделяют три составных части РПУ: 1) приемная антенна; 2) РПУ или радиоприемник, в котором осуществляется необходимые преобразования сигнала, используемого для передачи соответствующего сообщения; 3) выходное (оконечное) устройство (ОУ), в котором происходит преобразование сигнала в сообщение или обработка сигнала с целью его дальнейшего использования. Это устройство может входить в состав РПУ или быть автономным.

Радиосигнал, несущий полезную информацию, как правило, на выходе РПУ не является единственным и доминирующим по уровню мощности. Этот сигнал обычно мал и содержится в смеси с помехами, создаваемыми другими, одновременно работающими радиопередатчиками, а также источниками различных излучений. Передаваемое сообщение соответствует модулирующему колебанию и в явном виде во входном радиосигнале не содержится. Поэтому в РПУ необходимо осуществить: 1) выделение полезного сигнала из смеси его с помехами; 2) выделение модулирующей функции; 3) различные преобразования полезного сигнала с целью достижения возможности и удобства его использования. Таким образом, РПУ выполняет ряд функции.

Функция избирательности (селективности) - это функция выделения полезного сигнала из смеси «сигнал плюс помеха», в соответствии с некоторым различием их физических свойств и характеристик. А именно: 1) частотным; 2) пространственным; 3) поляризационным; 4) временным; 5) амплитудным и другими.

Функция чувствительности - это способность приемника принимать слабые сигналы. Чувствительность определяется величиной сигнала, поступающего на вход приемника.

Функция демодуляции (детектирования) - эта функция РПУ, обратная модуляции в радиопередатчике. Она направлена на выделение модулирующего колебания из колебаний радиосигнала высокой частоты, используемого в радиосистеме для передачи полезной информации.

Функция усиления полезного сигнала обусловлена тем, что его уровень на входе РПУ, как правило, недостаточен для нормальной работы ОУ. Поэтому сигналы приходиться усиливать.

Функция частотного преобразования радиосигнала предполагает преобразование области частот принимаемых сигналов в некоторую другую, заранее выбранную частотную область, где обеспечиваются наилучшие условия их обработки. Эта функция осуществляется в частотно-преобразовательных устройствах.

Функция адаптации (приспособления) к изменяющейся ЭМО предполагает изменение параметров РПУ с целью обеспечения заданного или максимально возможного в данных условиях приема качества работы РПУ. Необходимость в адаптации связана с изменением характеристик, как полезного сигнала, так и помех.

Радиоприемные устройства различаются по следующим принципам классификации:

Области применения: для звукового радиовещания, телевидения, радиосвязи, радиолокации, радионавигации, радиоизмерений, радиоастрономии и т.д. Каждой области приложения радиотехники соответствует своя радиосистема и входящее в её состав РПУ.

Диапазону частот: НЧ, СЧ, ВЧ, ОВЧ, УВЧ и СВЧ. Радиовещательные приемники в зависимости от диапазона длин волн бывают ДВ, СВ, КВ и УКВ. Характерно, что РПУ различных диапазонов имеют структурные, схемные и конструктивные отличия, строятся на различной компонентной базе, и поэтому обычно выполняются, как самостоятельные устройства. Однако иногда возможно объединение (частичное или полное) РПУ разных диапазонов.

Построения приёмного тракта: детекторные радиоприемники, радиоприемники прямого усиления, радиоприемники прямого преобразования, регенеративные радиоприемники, сверхрегенеративные радиоприемник и супергетеродинные радиоприемники.

Виду принимаемых сигналов: непрерывных и дискретных.

Виду принимаемой информации: радиотелефонные, кодированных сообщений, телевизионные (прием подвижных изображений), фототелеграфные (прием неподвижных изображений) и др. Иногда в одном РПУ предусмотрен прием информации различных видов (условно «универсальные» РПУ, широко применяемые в радиосвязи).

Виду модуляции принимаемого радиосигнала: с АМ; ЧМ; и ФМ,

Условной «дальности действия» РПУ, входящего в определенную радиотехническую систему.

Месту установки РПУ: стационарные, переносные (носимые), мобильные (на подвижных сухопутных объектах), бортовые (для работы на судах, самолетах, спутниках космической связи, управляемых ракетах и снарядах и т.д.).

Способу питания: от сети переменного тока, гальванических батарей и аккумуляторов, солнечных батарей, с «универсальным» питанием, т.е. от нескольких источников.

Способу управления: с ручным, частично или полностью автоматическим, дистанционным, комбинированным управлением.

Массогабаритным характеристикам и др.

1 Обзор существующих типов радиоприемников и выбор типа для разрабатываемой конструкции

1.1Детекторный радиоприемник — это самый простой, базовый, вид радиоприёмника. На рисунке 1.1 изображена схема электрическая структурная детекторного радиоприемника.

Рисунок 1.1 - Схема электрическая структурная детекторного приемника.

Детекторный радиоприемник не имеет усилительных элементов и не нуждается в источнике электропитания — использует исключительно энергию принимаемого радиосигнала. Состоит из колебательного контура, к которому подключены антенна и заземление, и диодного детектора, выполняющего демодуляцию амплитудно-модулированного сигнала. Сигнал звуковой частоты с выхода детектора, как правило, воспроизводится высокоомными наушниками. Настройка приёмника на частоту радиостанции производится изменением индуктивности контурной катушки или ёмкости конденсатора (последний может отсутствовать, его роль выполняет ёмкость антенны).

Настроенный контур на частоту принимаемой радиостанции, выделяет высокочастотный АМ - сигнал. Затем сигнал детектируется (т.е. преобразовывает ВЧ электрические колебания, в колебания НЧ) с помощью диода. С детектора сигнал идет на выходное устройство.

Немногие важные достоинства детекторного приёмника — он не требует источника питания, очень дешев и может быть собран из подручных средств. 

К недостаткам детекторных приемников следует отнести: низкую чувствительность и избирательность, слабый уровень воспроизведения сигнала.

Радиоприемник прямого усиления — состоит из колебательного контура, нескольких каскадов усиления высокой частоты, квадратичного амплитудного детектора, а также нескольких каскадов усиления низкой частоты. На рисунке 1.2 изображена схема электрическая структурная приемника прямого усиления.

Рисунок 1.2 - Схема электрическая структурная приемника прямого усиления

В приемнике прямого усиления селекция и усиление радиосигналов происходят на частоте принимаемого сигнала. При этом к радиочастотному тракту радиоприемника предъявляются высокие и противоречивые требования. Этот тракт должен иметь высокое устойчивое усиление при малых собственных шумах. Полоса пропускания должна соответствовать спектру принимаемого сигнала. Для равномерного усиления высоких и низких частот принимаемого сигнала форма АЧХ радиочастотного тракта должна быть близка к прямоугольной. Наконец, все перечисленные параметры должны сохранять неизменность как при перестройке внутри принимаемого диапазона, так и при переключении диапазонов.  В радиоприемнике прямого усиления удовлетворить этим требованиям невозможно. 

Преимущества радиоприемника прямого усиления:

- Относительная простота;  - Отсутствие побочных каналов приема (например, зеркального) и комбинационных помех;

 - Простыми методами можно добиться большого динамического диапазона;  - Широкая полоса пропускания;  - Высокая надежность (в связи с небольшим количеством элементов);  - Малый уровень собственных шумов.                                                                         Недостатки:  - Широкая полоса пропускания, плохая избирательность по соседнему каналу;  - Склонность к самовозбуждению;  - Трудности с демодуляцией ЧМ и сигналов с одной боковой; - Большая погрешность установки частоты приема;  - С ростом частоты увеличивается уровень собственных шумов.

Радиоприемник прямого преобразования — еще называемый гетеродинным — радиоприемник, в котором радиосигнал непосредственно преобразуется в сигнал звуковой частоты с помощью маломощного генератора (гетеродина), частота которого равна (почти равна) или кратна частоте принимаемого сигнала. По сходству принципа действия такой приёмник иногда называют супергетеродином с нулевой промежуточной частотой. На рисунке 1.3 изображена схема электрическая структурная приемника прямого преобразования.

Рисунок 1. 3 - Схема электрическая структурная приемника прямого преобразования

Приемник обязательно содержит преобразователь частоты, состоящий из смесителя и гетеродина. В приемнике прямого преобразования входной сигнал сразу преобразуется в сигнал звуковой частоты. Перед смесителем этого приемника должна быть включена входная цепь, обеспечивающая оптимальное согласование с антенной, и не обязательно усилитель сигналов, поступающих от антенны. После смесителя обязательны фильтр, выделяющий полезную (низкочастотную) часть спектра преобразованных сигналов, и усилитель сигналов звуковой частоты — УЗЧ.

Принципиальным недостатком простого приемника прямого преобразования является наличие двух каналов приема — в сигнал звуковой частоты, выделяемый фильтром, превращаются как сигнал, превышающий по частоте сигнал гетеродина на резонансную частоту фильтра, так и сигнал, который имеет частоту, меньшую частоты гетеродина на эту же величину. Известны способы ослабления одного из каналов приема и фазовым методом, но их сложность лишает приемник прямого преобразования его основного достоинства — простоты.

Основное усиление в приемнике прямого преобразования осуществляется в УЗЧ, так как получить большое усиление на частоте сигнала затруднительно. Современные полупроводниковые приборы, имеющие малый уровень низкочастотных шумов, позволяют получить необходимое для любительского KB приемника усиление в УЗЧ, но практическая реализация такого усилителя, особенно в приемниках, питаемых от сети переменного тока, задача сложная.

Регенеративные — это радиоприёмники с положительной обратной связью в одном из каскадов усиления радиочастоты. Обычно прямого усиления, но известны и супергетеродины с регенерацией как в УРЧ, так и в УПЧ. Отличается от приёмников прямого усиления более высокой чувствительностью (ограничена шумами) и избирательностью (ограничена устойчивостью параметров), пониженной устойчивостью работы.

Сверхрегенератор (его ещё называют суперрегенератор) - это совершенно особый вид усилительного, или усилительно-детекторного устройства, обладающий при исключительной простоте уникальными свойствами, в частности, коэффициентом усиления по напряжению до 10⁵...10⁶.

Сверхрегенератор работает с выборками входного сигнала, взятыми в определённые моменты времени. Затем происходит усиление выборки во времени, и через какой-то промежуток снимается выходной усиленный сигнал, часто даже с тех же зажимов или гнёзд, к которым подведён и входной. Пока совершается процесс усиления, сверхрегенератор не реагирует на входные сигналы, а следующая выборка делается только тогда, когда все процессы усиления завершены. Именно такой принцип усиления и позволяет получать огромные коэффициенты, вход и выход не надо развязывать или экранировать - ведь входные и выходные сигналы разнесены во времени, поэтому не могут взаимодействовать.

Супергетеродинные радиоприемники — один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты (ПЧ) с последующим её усилением. Основное преимущество супергетеродинного приемника в том, что усиление сигнала осуществляется на сравнительно низкой промежуточной частоте, что значительно уменьшает опасность самовозбуждения и позволяет увеличить коэффициент усиления, а, следовательно, и чувствительность приемника [7]. На рисунке 1.4 изображена схема электрическая структурная супергетеродинного приемника.

Рисунок 1.4 – Схема электрическая структурная супергетеродинного приемника

Входная цепь и усилитель радиочастоты (УРЧ), аналогичные таким же цепям в приемнике прямого усиления, осуществляют предварительную селекцию (преселекцию) и усиление принимаемого сигнала. Колебательные контуры этих цепей перестраиваются по частоте и, при необходимости, переключаются на разные диапазоны. Затем сигнал поступает на вход смесителя, на второй вход которого подается напряжение со специального генератора гармонических сигналов, называемого гетеродином. Частота гетеродина также перестраивается, причем таким образом, что она все время отличается от частоты принимаемого сигнала на одну и ту же величину. На выходе смесителя, который является параметрической или нелинейной цепью, появляются напряжения с частотами, равными сумме и разности частот принимаемого сигнала и гетеродина. Каждая из этих частот модулирована передаваемым сигналом. Одна из них, обычно разностная, и является промежуточной частотой. Эта промежуточная частота далее усиливается усилителем промежуточной частоты – УПЧ. В УПЧ происходит основное усиление сигнала, одновременно формируется необходимая форма АЧХ, соответствующая спектру принимаемого сигнала. Затем производится детектирование и усиление звукового сигнала.

1.2 Выбор приемника

1.2.1 В нашем случае оптимальным является приемник, построенный по супергетеродинной блок-схеме. Для супергетеродинных приемников нет сильной связи между чувствительностью и частотой принимаемого сигнала, так как основное усиление производится на промежуточной частоте, что позволяет строить сложную систему фильтров, тем самым обеспечивать высокую избирательность. Наиболее прост в отладке и стабилен. Отличительной особенностью супергетеродинного приемника является то, что усиление сигнала осуществляется на сравнительно низкой промежуточной частоте, что значительно уменьшает опасность самовозбуждения и позволяет увеличить коэффициент усиления, а, следовательно, и чувствительность приемника.

Рисунок 1.2 – Схема электрическая структурная разрабатываемого приемника

На рисунке 1.2 изображена схема электрическая структурная разрабатываемого приемника, в которой:

Входная цепь – (состоит из трансформатора емкости и колебательного контура);

УВЧ – усилитель высокой частоты (на микросхемах);

Смеситель – смеситель (выполнен на транзисторах, подключенных по каскодной схеме);

Гетеродин – генератор электрических колебаний (используется для преобразования частоты сигнала);

УПЧ – усилитель промежуточной частоты (на микросхемах);

Детектор - балансный детектор (состоит из катушек индуктивности, сопротивлений и конденсаторов);

Формирователь уровня – формирователь уровней сигналов COM- порта.

Рисунок 1.3 – Функциональная электрическая схема приемника

На рисунке 1.3 изображена функциональная электрическая схема приемника, в которой:

Антенна - антенна типа «Волновой канал» двухэлементная;

Входной контур - высокочастотный колебательный контур (состоит из катушки индуктивности, постоянного керамического и подстроечного конденсатора, сопротивления);

Повторитель 1 - электронное устройство, имеющее большое входное сопротивление и маленькое выходное (на микросхеме);

УВЧ 1- усилитель высокой частоты (на микросхеме);

УВЧ 2 - усилитель высокой частоты (на микросхеме);

Выходной контур УВЧ – выходной высокочастотный колебательный контур (состоит из катушки индуктивности, постоянного керамического и подстроечного конденсатора, сопротивления);

Повторитель 2 - электронное устройство, имеющее большое входное сопротивление и маленькое выходное (на микросхеме);

Смеситель – устройство, в котором получается разностная частота (выполнен на транзисторах, подключенных по каскодной схеме);

ФНЧ 1- фильтр низких частот (состоит из конденсаторов и сопротивлений);

Гетеродин - генератор электрических колебаний (будет выбрана микросхема цифрового генератора);

Контур ПЧ (состоит из катушки индуктивности, постоянного керамического и подстроечного конденсатора, сопротивления);

Повторитель 3 - электронное устройство, имеющее большое входное сопротивление и маленькое выходное (на микросхеме);

ФНЧ 2 – фильтр низких частот (состоит из конденсаторов и сопротивлений);

УНЧ 1- усилитель низкой частоты (на микросхеме);

УНЧ 2 – усилитель низкой частоты (на микросхеме);

Детектор – устройство, которое восстанавливает нужный нам сигнал (состоит из катушек индуктивности, сопротивлений и конденсаторов)

Формирователь уровней - усилитель который усиливает до 10 В (на микросхеме).

3 Разработка принципиальной схемы супергетеродинного приемника

3.1 Входной колебательный контур

3.1.1 Входной колебательный контур нужен для того чтобы пропускать нужные две частоты f1=26970 и f2=27120,а остальные не пропускать. Характеристиками контура являются резонансная частота и добротность.

Резонансная частота зависит от емкости, ее можно регулировать подстроечным конденсатором С9. С уменьшением емкости частота колебаний в контуре возрастает. Наиболее сильные колебания в контуре приемника возникают только в момент резонанса. Резонанс- это частота, при которой достигается максимум напряжения.

Добротность показывает во сколько раз напряжение на контуре больше входного напряжения.

Сигнал с антенны приходит на емкость С. Она нужна для связи с антенной. С емкости С сигнал идет на входной контур, который состоит из катушки индуктивности L=500 нГ, конденсаторов С =22 пФ С=40пФ и шунтирован сопротивлением R=10кОм. На рисунке 3.2 изображен входной колебательный контур.

Рисунок 3.1 – Входной колебательный контур

По конструктивным соображениям выберем суммарную емкость C=50пФ и вычислим величину L по формуле .

Отсюда следует, что L=500нГн

На рисунке 3.2 изображен сигнал с входного колебательного контура

Рисунок 3.3 –сигнал с входного колебательного контура

После этого в собранной в Multisim 10 схеме получим реальную резонансную кривую. Для этого возьмем частоты:24000,24500,25000,25500,26000,26500,26600,26700,26800,26850,26900,26950,27000,27100,27200,27300,27400,27500 при входном напряжении1мкВ и измерим амплитуду. Графики, полученные в программы Multisim 10, приведены в приложении 1.

График резонансной кривой построим в Microsoft Excel.

На рисунке 3.4 изображен график резонансной кривой.

Рисунок 3.4 – График резонансной кривой

Из графика следует, что полоса пропускания. Это нас устраивает.

При резонансной частоте амплитуда колебаний в контуре в Q раз превышает амплитуду внешней ЭДС, отсюда из графика получим Q=45.

3.1.2 Выбор элементов для колебательного контура

3.1.2.1 Катушки индуктивности

3.1.2.2 Катушка индуктивности - пассивный компонент, представляющий собой деталь имеющую обмотку в виде изолированной спирали, которая обладает свойством способным концентрировать переменное магнитное поле. Катушки индуктивности, в отличие от унифицированных резисторов и конденсаторов, являются нестандартными изделиями, а их конфигурация определяется из расчёта на определённое устройство.

Катушки индуктивности обладают характерными параметрами такими как: собственная емкость, добротность, индуктивность и температурная стабильность.

Величина индуктивности катушки прямо пропорциональна габаритным размерам и числу её витков. Индуктивность также зависит от материала сердечника устанавливаемого в катушку и применяемого экрана.

Вводя в катушку индуктивности стержень, который может быть изготовлен из, феррита, магнетита, железа и т.д. ее индуктивность заметно увеличивается. Подобное свойство позволяет уменьшить общее количество витков катушки и получить требуемую индуктивность. Индуктивность катушки можно регулировать поворотом резьбового сердечника.

В диапазоне коротких волн (KB) и ультра коротких волн (УКВ) используются катушки с относительно малой индуктивностью. В таких катушках монтируются латунные или алюминиевые сердечники, которые позволяют регулировать индуктивность в пределах плюс минус пяти процентов.

На величину активного сопротивления влияет сопротивление самой обмотки катушки и сопротивлением, из-за потерь электрической энергии в каркасе, сердечнике, экране. Чем меньше величина активного сопротивление, тем выше добротность катушки, а следовательно и ее качество.

Витки катушки, зачастую разделяются слоем изоляции, и тем самым образуют элементарный конденсатор, обладающий некоторой емкостью. Между отдельными слоями многослойных катушек индуктивности неизбежно образуется ёмкость. Из этого следует, что помимо индуктивности, катушки обладают некоторой емкостной величиной. Наличие собственной емкости катушки является нежелательным фактором, и ее, как правило, стараются уменьшить. Для этих целей используются различные конструкции форм каркасов катушек и специальные технологии намотки провода.

Катушки индуктивности, как правило, наматываются медным проводником, покрытым эмалевой или эмалево-шелковой изоляцией. В случае если требуется намотать катушки для (ДВ) длинноволнового и (СВ) средневолнового диапазонов используют одножильные проводники типов ПЭЛШО, ПЭЛШД, ПЭЛ, ПЭТ и др. а для (KB) коротковолнового и (УКВ) ультракоротковолнового диапазонов обычно наматывают проводники одножильного сечения типов ПЭЛ, ПЭЛУ, ПЭТ и др.

Технология намотки катушек индуктивности может быть различного исполнения. Имеется несколько наиболее распространённых способов укладки провода, это может быть сплошная намотка или с шагом, намотка навалом, а так же типа «универсаль».

Намотка в один слой применяется для изготовления катушек, которые работают в диапазоне коротких и ультракоротких волн. Как правило, индуктивность подобных катушек составляет от нескольких десятков до 500 мкГ. Каркас однослойных катушек имеет цилиндрическую форму и изготовляется из разнообразных материалов с диэлектрическими свойствами.

В случае если требуется получить достаточно большую индуктивность катушки (свыше 500 мкГ), оставляя её минимальные размерные параметры, применяют намотку несколькими слоями. Подобные катушки имеют большую внутреннюю емкость и для ее уменьшения провод укладывают в навал или типа «универсаль».

Дроссель

Дроссель, это та же катушка индуктивности, которая обладает большим сопротивлением переменному и малым сопротивлением постоянному току. Дроссели используются в качестве электронных компонентов в различных электротехнических и радиотехнических приборах и устройствах.

В радиоэлектронной аппаратуре применяются высокочастотные и низкочастотные дроссели. Дроссели изготовляют с однослойной навивкой, или укладкой проволоки типа «универсаль». Дроссели так же наматываются по секциям, чтобы уменьшить собственную емкость.

Обозначение дросселей на принципиальных схемах производится аналогично катушкам индуктивности и выглядит в виде четырех полуокружностей соединенных между собой.

2.4.1Катушка индуктивности EC24-R47M

2.4.1.1 В качестве катушки индуктивности для входного колебательного была выбрана катушка индуктивности марки EC24-R47M.

Постоянные индуктивности EC24-R47M  представляют собой миниатюрную катушку с ферритовым сердечникам, размещенную в изолирующем корпусе с двумя выводами.  Применяются в радио-, электронной технике. На рисунке 2.4 изображены размеры корпуса катушки индуктивности EC24-R47M.

Рисунок 2.4 - Размеры корпуса катушки индуктивности EC24-R47M

В таблице приведены технические характеристики катушки индуктивности EC24-R47M.

Таблица 2.4– технические характеристики катушки индуктивности EC24-R47M

Тип:	EC24
Номинальная индуктивность:	0.47 мкГн
Допуск номинальной индуктивности:	20%
Максимальный постоянный ток:	0.7 А
Активное сопротивление:	0.17 Ом
Добротность:	40
Диапазон температур:	-20...+100 °C
Способ монтажа:	в отверстие
Длина корпуса:	10 мм
Диаметр (ширина)корпуса:	3 мм

2.2 Конденсаторы

2.2.1Конденсатор — двухполюсник с определённым или переменным значением емкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами (из-за намотки).

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

-Конденсаторы вакуумные (между обкладками находится вакуум);

-Конденсаторы с газообразным диэлектриком;

- Конденсаторы с жидким диэлектриком;

-Конденсаторы с твёрдым неорганическимдиэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.

Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.

Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов, прежде всего большой удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах), или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спечённого порошка. Время наработки на отказ типичного электролитического конденсатора 3000-5000 часов при максимально допустимой температуре, качественные конденсаторы имеют время наработки на отказ не менее 8000 часов при температуре 105°С. Рабочая температура — основной фактор, влияющий на продолжительность срока службы конденсатора. Если нагрев конденсатора незначителен из-за потерь в диэлектрике, обкладках и выводах, (например, при использовании его во времязадающих цепях при небольших токах или в качестве разделительных), можно принять, что интенсивность отказов снижается вдвое при снижении рабочей температуры на каждые 10 °C вплоть до +25 °C. При работе конденсаторов в импульсных сильноточных цепях (например, в импульсных источниках питания) такая упрощённая оценка надёжности конденсаторов некорректна и расчёт надёжности более сложен.

Твердотельные конденсаторы — вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при температуре 85°С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).

Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термо­конденсаторы). Применяются, например, в радиоприёмниках для перестройки частоты резонансного контура.

Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных емкостей, сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.

В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Также различают конденсаторы по форме обкладок: плоские, цилиндрические, сферические и другие.

Подстроечный конденсатор высокочастотных колебательных контуров

2.2.1.1Подстроечный керамический конденсатор выбран марки СТС-0520.

Подстроечный керамический конденсатор СТС-0520 выбран в связи с малыми размерами и малой зависимостью его емкости от температуры. Независимость от температуры важна для работы без настройки в изменяющихся температурных режимах. Он предназначен для работы в высокочастотных устройствах, контурах, кварцевых резонаторах. На рисунке 2.2 изображен подстроечный керамический конденсатор СТС-0520.

Рисунок 2.2 - Подстроечный керамический конденсатор СТС-0520

В таблице 2.2 приведены технические параметры подстроечного конденсатора СТС-0520

Таблица 2.2 - Технические параметры подстроечного конденсатора СТС-0520

Тип	СТС-0520
Рабочее напряжение,В	200
Емкость мин.,пкФ	4.8
Емкость макс.,пкФ	20
Температурный коэффициент емкости(ТКЕ)	n750
Рабочая температура,С	-30…85
Добротность Qмин.	300
Размер корпуса ,мм	5
Цена,р	16

2.2.2.1Керамический конденсатор К10-43а

В качестве керамического конденсатора выбран К10-43а в связи с малыми размерами и независимостью его емкости от температуры (МП0)

Конденсаторы К10-43а - прецизионные керамические конденсаторы. Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного токов и в импульсных режимах. Конденсаторы изготавливают в соответствии с АДПК.673511.005 ТУ; ОЖО.460.165 ТУ; ОЖО.460.165 ТУ ОЖО.460.183 ТУ; ОЖО.460.165 ТУ ПО.070.052. На рисунке 2.2 изображен керамический конденсатор К10-43а.

Рисунок 2.2 - Керамический конденсатор К10-43а

В таблица 2.2 приведены параметры и характеристики керамического конденсатора [6]

Таблица 2.2 - Параметры и характеристики керамического конденсатора К10-43а

Тип диэлектрика	МП0;
Диапазон емкости	10 пФ...0,0442 мкФ;
Номинальное напряжение	50В
Климатическая категория	-60/125/21*;
Тангенс угла потерь	10 пФ<Сном≤50 пФ 1,5(150/Сном)×10^-4 Сном>50 пФ не более 0,0015;
Сопротивление изоляции	не менее 10000 МОм;
Температурный коэффициент емкости	(0±30) ×10^-6/ °С;

2.3 Резисторы

В зависимости от материала токопроводящего слоя и от технологии изготовления зависят как общие (стандартные) характеристики резистора, так и его особые, специфические свойства, которые в основном и определяют область использования данного типа.

Основные типы резисторов:

- постоянные, углеродистые и бороуглеродистые (проводящим слоем является пленка пиролитического углерода) – высокостабильные, устойчивые к импульсным нагрузкам резисторы, обладающие отрицательным ТКС;

- постоянные металлопленочные и металлоокисные (проводящим элементом является пленка сплава или окиси металла) – малошумящие резисторы (5мкВ/В), обладающие хорошей частотной характеристикой и стойкостью к температурным изменениям. ТКС у этих резисторов может быть как положительным, так и отрицательным;

- постоянные композиционные (соединение графита с органической или неорганической связкой) – обладают высокой надежностью, но недостатком является зависимость сопротивления от приложенного напряжения и частоты, высокий уровень собственных шумов;

- постоянные проволочные (проводящим элементом служит проволока, намотанная на керамическое основание).

При разработке схемы использованы МF резисторы, относящиеся к классу металлопленочных. Параметры данных резисторов наиболее приемлемы, т.к. они стабильные, теплостойкие, влагостойкие, имеют меньшие габариты.

Резисторы МF постоянные металлопленочные лакированные теплостойкие. Металлодиэлектрические с металлоэлектрическим проводящим слоем, неизолированные, для навесного монтажа. Предназначены для работы в электрических цепях постоянного, переменного и импульсного токов.

Mf-25 (с2-23) 0.25 Вт, 10 кОм, 1%, Резистор металлопленочный

Металлооксидные (металлодиэлектрические) постоянные резисторы являются аналогами отечественной серии сопротивлений С2-23. Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Металлоксидные пленочные резисторы отличает:  - высокая надежность и стабильность, - широкий температурный диапазон, - низкий уровень шумов, - огнеупорное покрытие (для мощностей выше 0.5 Вт), - цветная кодировка номинала, - луженые выводы.

Таблица - Технические параметры

Тип	2-23
Номинальное сопротивлнние	10
Единица измерения	кОм
Точность,%	1
Номинальная мощность,Вт	0,25
Максимальное рабочее напряжение,В	250
Рабочая температура,˚С	55….155
Длина корпуса,L.мм	6,3
Ширина (диаметр) корпуса W(D),мм	2,3

3.2Повторитель на микросхеме HA1-2539-5

3.2.1Повторитель выполнен на основе дифференциального усилителя.

Опишем схему дифференциального усилителя в качестве повторителя.

Нужно подключить усилительные каскады так, чтобы они не влияли на входной контур. Для этого был использован повторитель на операционном усилителе HA1-2539-5. Его входное сопротивление большое, а выходное маленькое. Выход усилителя соединим с инверсным входом. На рисунке 3.5 изображен повторитель на микросхеме HA1-2539-5.

Рисунок 3.5 - Повторитель на микросхеме HA1-2539-5

Тогда усилитель подключенный таким образом будет работать как повторитель, что даст возможность подключить усилительные каскады, не влияя на входной контур.

На рисунке 3.6 изображен сигнал с выхода повторителя.

Рисунок 3.6 – сигнал с выхода повторителя

С помощью Multisim 10 было проверено, что подключение без повторителя снижает добротность Q и понижает избирательность.

2 Операционный усилитель - это электронный усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления, имеющий дифференциальный вход и обычно один выход. Напряжение на выходе может превышать разность напряжений на входах в сотни или даже тысячи раз. На рисунке 2.1 изображен операционный усилитель. На рисунке 2.1 изображен операционный усилитель.

Рисунок 2.1 – Операционный усилитель

Выводы имеют следующее значение:

V₊ - неинвертирующий вход

V₋ - инвертирующий вход

V_out - выход

V_S+ - плюс источника питания (также может обозначаться как , , или )

V_S− - минус источника питания (также может обозначаться как , , или )

Операционный усилитель является разновидностью дифференциального усилителя. На рисунке 2.2 изображен дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связью.

Рисунок 2.2 - Дифференциальный усилитель с отрицательной обратной связью

Дифференциальный усилитель представляет собой схему, предназначенную для усиления разности напряжений двух входных сигналов. Когда уровни сигналов на обоих входах изменяются одновременно, то такое изменение входного сигнала называют синфазным: дифференциальный (или разностный) усилитель обладает высоким коэффициентом ослабления синфазного сигнала (КОСС). Диапазон изменения синфазного входного сигнала задает допустимые уровни напряжения, относительно которого должен изменяться входной сигнал.

Дифференциальный усилитель используют в тех случаях, когда слабые сигналы можно потерять на фоне шумов.

Выходное напряжение измеряется на коллекторе транзистора относительно потенциала земли. Транзисторы подбираются с возможно близкими параметрами. Принцип действия дифференциального усилителя заключается в том, что он усиливает дифференциальный сигнал и преобразует его в несимметричный сигнал, с которыми работают обычные схемы. Достигается это тем, что синфазные сигналы, приходящие на входы 1 и 2 относительно земли в одном из транзисторов вызывают увеличение тока в цепи, а в другом - уменьшение, причем на одну и ту же величину, так что получается, что общий ток не изменится вовсе. Следовательно, на выходе сигнала не будет. Дифференциальный усилитель синфазный сигнал не просто не усиливает, а не пропускает на выход.

Для того, что бы работа дифференциального усилителя была предсказуемой, применяется отрицательная обратная связь, которая устанавливается путём подачи части напряжения с выхода усилителя на его инвертирующий вход. Эта замкнутая цепь обратной связи существенно снижает усиление усилителя. При использовании отрицательной обратной связи общее усиление схемы значительно больше зависит от параметров цепи обратной связи, чем от параметров операционного усилителя. Если цепь обратной связи содержит компоненты с относительно стабильными параметрами, то изменения параметров операционного усилителя существенно не влияют на характеристики схемы.

Операционные усилители могут быть классифицированы по типу их конструкций:

Дискретные - созданные из отдельных транзисторов или электронных ламп;

Микросхемные - интегральные операционные усилители наиболее распространены;

Гибридные - созданные на основе гибридных микросхем малой степени интеграции;

Интегральные операционные усилители могут быть классифицированы по разным параметрам, включая:

Подразделение на микросхемы военного, индустриального или коммерческого исполнения, отличающиеся надёжностью работы и стойкостью к внешним факторам (температуре, давлению, радиации), и следовательно, ценой.

Классификация по типу корпуса - модели операционных усилителей в разных типах корпусов (пластик, металл, керамика) имеют так же различную стойкость к внешним факторам. Кроме того, корпуса бывают типа DIP и предназначенные для поверхностного монтажа (SMD).

Классификация по наличию или отсутствию цепей внутренней коррекции. Операционные усилители могут работать нестабильно в некоторых схемах с отрицательной обратной связью, что бы этого избежать используют конденсатор небольшой ёмкости для коррекции амплитудно-частотной характеристики. Операционный усилитель с таким встроенным конденсатором называют операционным усилителем с внутренней коррекцией.

В одном корпусе микросхемы может находиться один, два или четыре операционных усилителя.

Диапазон входных (и/или выходных) напряжений от отрицательного до положительного напряжения питания - операционный усилитель может работать с сигналами, величины которых лежат вблизи значений питающих напряжений.

2.1.1 Операционный усилитель HA1-2539-5

2.1.1.1 В качестве операционного усилителя выберем HA1-25395.

HA1-25395 – высокоскоростной широкополосный операционный выходной усилитель, имеющий высокую нагрузочную способность по выходу.

При скорости нарастания выходного напряжения 600В/мкс и полосе пропускания 600МГц усилитель идеально подходит для использования в высокоскоростных системах сбора данных. В таблице 2.1 приведены технические характеристики операционного усилителя HA1-25395

Таблица 2.1– технические характеристики операционного усилителя HA1-25395

Напряжение питания	±12В
Скорость нарастания выходного напряжения	600В/мкс
коэффициент усиления разомкнутой цепи обратной связи	15
Полоса пропускания (Кус ≥10)	600Мгц
Низкое напряжение смещения	8мВ
Шум входного напряжения	6нВ/
Диапазон выходного напряжения	±10В
Ток смещения	20мкВ/0С
Текущее смещение	6мкА
Входное сопротивление	10кОм
Входная емкость	1пФ
Коэффициент усиления	10
Выходной ток	±20мА
Выходное сопротивление	30Ом
Ток питания	20мА
Диапазон рабочих температур	-550С до 1250С

Повторитель на микросхеме HA1-2539-5 соединен с усилителем на микросхеме HA1-2539-5 подстоечным сопротивлением R.

2.3.3 Резистор переменный СП3-4АМ

2.3.3.1В качестве переменного резистора выбран резистор модели СП3-4АМ.

Резисторы регулировочные однооборотные с круговым перемещением подвижной системы предназначены для работы в электрических цепях постоянного, переменного и импульсного тока. На рисунке изображен корпус переменного резистора СП3-4АМ. На таблице 2.3 приведены технические характеристики переменного резистора СП3-4АМ

Таблица 2.3 - Технические характеристики переменного резистора СП3-4АМ

Тип	переменный
Модель	СП3-4ам
Тип проводника	углерод
Номин.сопротивление	4.7
Единица измерения	кОм
Точность,%	20
Номин.мощность,Вт	0.125
Макс.рабочее напряжение,В	150
Рабочая температура,С	-45…65
Количество оборотов	Менее 1
Угол поворота движка	270
Способ монтажа	навесной
Длина движка	20
Особенности	одинарный

3.3 Усилитель на микросхеме HA1-2539-5

3.3.1Теперь, когда поставили повторитель, можем усиливать сигнал. К повторителю операционный усилитель HA1-2539-5, работающий как инвертирующий усилитель.

Рисунок 3.7 – Усилитель на микросхеме HA1-2539-5

Выход соединим с инвертирующим входом, используя сопротивление R6=3.8 кОм. Сопротивления подобраны так, чтобы получить коэффициент усиления К_у≈ 20 рассчитываемый по формуле:

Ку=-(Rоос/Rвх) (1)

Знак минус говорит о том, что выходной сигнал инвертирован.

Из формулы получим что Ку=-19.

На рисунке 3.8 изображен сигнал с выхода усилителя.

Рисунок 3.8 – Сигнал с выхода усилителя

Для усилителя была выбрана схема операционного усилителя на микросхеме HA1-2539-5

HA1-25395 – высокоскоростной широкополосный операционный выходной усилитель, имеющий высокую нагрузочную способность по выходу.

При скорости нарастания выходного напряжения 600В/мкс и полосе пропускания 600МГц усилитель идеально подходит для использования в высокоскоростных системах сбора данных. В таблице 2.1 приведены технические характеристики операционного усилителя HA1-25395

Таблица 2.1– технические характеристики операционного усилителя HA1-25395

Напряжение питания	±12В
Скорость нарастания выходного напряжения	600В/мкс
коэффициент усиления разомкнутой цепи обратной связи	15
Полоса пропускания (Кус ≥10)	600Мгц
Низкое напряжение смещения	8мВ
Шум входного напряжения	6нВ/
Диапазон выходного напряжения	±10В
Ток смещения	20мкВ/0С
Текущее смещение	6мкА
Входное сопротивление	10кОм
Входная емкость	1пФ
Коэффициент усиления	10
Выходной ток	±20мА
Выходное сопротивление	30Ом
Ток питания	20мА
Диапазон рабочих температур	-550С до 1250С