Федеральное агентство по образованию РФ

Омский государственный технический университет

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЗИСТОРНОГО ТРАКТА УСИЛЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ И ДЕТЕКТИРОВАНИЯ АМ МОДУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА

Методические указания по выполнению курсового проекта

по дисциплине «Основы радиотехники»

Специальность 090104 «Комплексная защита объектов информатизации»

Разработал

доцент кафедры ССИБ ………В.Ф. Попов

Омск 2010г

1. Исходные данные к проектированию

Исходными данными для проектирования тракта усиления промежуточной частоты (ПЧ) и детектирования АМ модулированного сигнала являются:

- номинальное значение ПЧ f₀ = 200 кГц ;

- выходное сопротивление источника АМ сигнала на входе тракта R_ист;

- амплитуда выходного сигнала амплитудного детектора (АМ детектора) U_вых;

- сопротивление нагрузки АМ детектора R_н;

- частота модуляции F;

- амплитуда входного АМ сигнала тракта U_вх;

- исполнение АМ линейного детектора;

- коэффициент глубины АМ модуляции -М.

Произвести проектирование резистивного тракта усиления промежуточной частоты f₀ и линейного детектирования тонального АМ модулированного сигнала u (t)=U_н (1+McosΩt)cosω₀t, полагая входной сигнал тракта ПЧ предварительно отфильтрованным полосовым фильтром с выходным сопротивлением R_ист =300 Ом. Вариант задания задается согласно табл. 1 алгоритмом определения координат требований в таблице - ∑Х_i У_j; например, Ермаков:

Х₁ У₁+ Х₁ У₂+ Х₂ У₃+ Х₁ У₄+ Х₁ У₅+ Х₁ У₆

Таблица 1

Yi Xi	1	2	3	4	5	6
	Амплитуда вых. сигн. АМ детектора, В	Rн АМ детектора, кОм	Частота модуляции F, кГц	Амплитуда вх. АМ сигнала тракта, мВ	Исполнение АМ линейного детектора	Коэффициент М глубины АМ модуляции
1.	3	10	2,7	20	На ОУ	0,5
2.	4	12	3	30	На ОУ	0,6
3.	5	15	3,4	40	На ОУ	0,7
4.	6	20	6	50	На ОУ	0,8
5.	3	10	3	10	На ОУ	0,7

Курсовой проект оформляется в виде пояснительной записки (ПЗ) и графической части проекта в соответствии с требованиями [1].

2. Проектирование детектора

Детектированием называется процесс преобразования модулированного высокочастотного сигнала в колебание, форма которого воспроизводит низкочастотный модулирующий сигнал. Детекторы (демодуляторы) выполняют функцию, обратную функции, осуществляемой модуляторами. Детекторы по назначению могут быть амплитудными, частотными, фазовыми, импульсными, причем АМ детектор может быть линейным и квадратичным. В данной курсовой работе проектируется линейный амплитудный (АМ) детектор.

Рассмотрим процесс линейного диодного детектирования простейшего тонального АМ-сигнала. На вход АМ детектора подается на ПЧ АМ модулированное колебание вида:

, (1)

где - амплитуда огибающей АМ модулированного сигнала;

U_н –амплитуда огибающей несущей .

При АМ модуляции НЧ сигналом сообщения амплитуда огибающей АМ модулированного сигнала изменяется по закону

Выходное напряжение детектора должно быть низкочастотным , пропорциональным передаваемому сообщению e(t).

Эффективность работы амплитудного детектора оценивается коэффициентом передачи (коэффициентом детектирования), представляющим отношение амплитуды выходного низкочастотного напряжения к амплитуде огибающей входного модулированного сигнала

(2)

Расчет многокаскадного тракта приема АМ модулированных сигналов рис. 2.1 будем производить с конца тракта, т.е. с амплитудного детектора.

Рис. 2.1. Тракт ПЧ приема АМ сигналов

На рис. 2.2 представлена схема такого линейного детектора на операционном усилителе (ОУ).

Рис. 2.2. Схема АМ детектора на операционном усилителе

На вход АМ детектора на ОУ подается на ПЧ АМ модулированный сигнал.

Коэффициент детектирования (2) для линейного режима диодного детектора равен

, (3)

где S – крутизна вольт амперной характеристики (ВАХ) выбранного диода в прямом включении,

R_Н – сопротивление нагрузки детектора.

Для дальнейшего расчета детектора необходимо выбрать диод. Выбор диода производят согласно требованию к сопротивлению диода в прямом включении. Необходимо не менее в (50 – 100) раз. Выбираем по справочнику и ВАХ диод, для которого в рабочей точке (0.7В)

Крутизна характеристики диода в рабочей точке U_ПР равна

(4)

Для найденных параметров диода находим значение коэффициента детектирования (3)

Амплитуду огибающей АМ сигнала на входе детектора найдем (без учета коэффициента усиления ОУ) из уравнения (2):

(5)

ОУ интегрального детектора имеет некоторый коэффициент усиления К_ОУ, который найдем после оценки общего КУ тракта.

Предварительно оценим общий коэффициент усиления, который должен производить тракт рис. 2.1 от источника сигнала до выхода детектора:

, (6)

который равен, например, 300.

Зададим с учетом (6) коэффициент усиления К_ОУ ОУ детектора равным 10…40. Для этого интегрального АМ детектора с включением ОУ по схеме с инвертирующим входом найдем сопротивления, определяющие заданный К_ОУ, из уравнения:

Выберем сопротивления R₁ и R₂ согласно ГОСТ 2825-67 и уточним К'_ОУ.

Тогда амплитуда АМ модулированного сигнала на входе интегрального детектора равна

(7)

Найдем входное сопротивление детектора на ОУ с инвертированным входом

Выберем нагрузочную емкость С_Н из двух условий фильтрации частот f₀ и F и допустимых напряжений на конденсаторе не менее 2 U_ВЫХ

,

Выбираем соответствующее значение емкости согласно ряду Е24.

Выбираем значения двух источников питания ±Е_П операционного усилителя с запасом из условия

Получены параметры К_общ ,К'_ОУ, U'_ВХ , входное сопротивление детектора, необходимые для дальнейшего расчета усилительного элемента (УЭ) тракта. Входное сопротивление ОУ детектора является сопротивлением нагрузки для предыдущего УЭ, а входное напряжение детектора – выходным напряжением предыдущего УЭ.

3. Проектирование усилительных каскадов тракта

3.1. Предварительный расчет усиления каскадов тракта

Рассчитаем с учетом (7), какое усиление должен производить тракт от входа тракта (выхода сигнала из источника) до выхода тракта (входа детектора) (рис. 3.1) без учета коэффициента передачи при согласовании источника сигнала с входным сопротивлением усилителя:

Рис. 3.1 Обобщенная схема усилительного тракта

Предварительно полагаем, что каскады будут выполнены, например, на транзисторе КТ315А по схеме с общим эмиттером. Входное сопротивление УЭ с общим эмиттером равно

Ом (по справочнику должно быть не менее 40 Ом).

По входной характеристике транзистора в рабочей точке U_бэ =0,7В находим

h₁₁ .≈ 100 Ом.

Оценим коэффициент передачи по напряжению входной цепи согласования УЭ с источником сигнала

Получается большой коэффициент деления при отсутствии согласования. Для оптимального согласования с R_Г для УЭ требуется R_ВХ =300 Ом.

Тогда требуемый коэффициент передачи УЭ с учетом согласования входной цепи равен

(3.1.1)

Таким образом, определены требования к УЭ тракта и его составляющим.

Проведем расчет этого усилителя ПЧ. Предварительно выбираем вариант схемы УЭ с ОЭ (рис.3.2 или рис.3.3) для реализации согласования (3.1.1).