3 Эскизный расчет радиоприемника

Эскизный расчет радиоприемника производится для определения числа каскадов структурной схемы:

2.1 Предварительный выбор структурной схемы, разрабатываемого радиоприемного устройства.

Радиоприемное устройство (РПУ) является частью системы передачи сообщений. РПУ использует для этого энергию радиоволн. Оно предназначено для воспроизведения передаваемого сообщения с заданной степенью точности. Из имеющихся схем РПУ выбираю схему супергетеродинного приемника (СГП) ,так как она позволяет на значительном удалении от принимаемой радиостанции с высокой эффективностью осуществлять избирательность радиосигнала, максимально его усилить, при стабильной работе схемы и получить достоверное воспроизведение принятого сообщения.

2.1.1 Выбор приемной антенны.

В качестве приемной антенны для носимых радиовещательных РПУ применяются:

- встроенные магнитные антенны - для РПУ работающих в поддиапазонах

длинных волн (ДВ) и средних волн (СВ).

- штыревые телескопические антенны длиной до 0,8м диаметром 5мм-

работающие в поддиапозонах коротких волн (KB) и ультракоротких (УКВ).

Для профессиональных и спортивных РПУ применяются внешние»*"

- несимметричные (несимметричный заземленный вибратор "наклонный луч", антенны "Бегущей волны").

- симметричные (симметричный вибратор, дельтообразная "Волновой канал").

Исходные данные:

Частота начала диапазона f_mln

Частота конца диапазона f_max

Требуется определить индуктивность компенсационной катушки L_k

Расчет:

(2.1)

(2.2)

Для рассчитываемого РПУ, выбирают тип антенны . Если длина телескопической штыревой антенны меньше четверти принимаемой средней длины волны,значит, она имеет емкостную составляющую входного сопротивления, поэтомумежду антенной и входной цепью необходимо включить компенсационнуюкатушку индуктивности L_K, рассчитанную на среднюю частоту диапазона:

Определяют волновое сопротивление антенны (W_a)

W_a=138∙lg∙ (l/r) (2.3)

Определяют реактивную составляющую входного сопротивления антенны (X_a)

X_a=W_a∙ctg∙ (360∙l/ λ_ср) (2.4)

Определяют значение индуктивности компенсационной катушки (L_k)

(2.5)

2.1.2 Выбор варикапа.

Проверка перекрытия поддиапазона.

K_пf= f_max/ f_min => Если K_m>2, то диапазон необходимо разбивать на поддиапазоны

Выбирают тип варикапа. Например, если емкость варикапа, при обратном напряжении

U_обр=(2 - 9)В равна С=(10 - 40)пФ.

То для данного варикапа:

К_пс= √(С_max/C_min)= √(40/10)= 4

К_пс> K_пf => Варикап выбран правильно.

2.1.3 Выбор промежуточной частоты

При выборе промежуточной частоты необходимо руководствоваться следующими соображениями. Промежуточная частота должна находиться вне диапазона принимаемых частот и не должна совпадать с частотами мощных радиостанций, в противном случае сигнал будет подавлен сигналами этих радиостанций.

Промежуточная частота должна иметь стандартное значение, установленное ГОСТом, поскольку на таких частотах мощные радиостанции не работают.

Выбранная промежуточная частота должна иметь такое значение, при котором наиболее эффективно можно будет обеспечить хорошую избирательность как по соседнему, так и по зеркальному каналу.

Для обеспечения более высокой избирательности по зеркальному каналу Seз, промежуточная частота должна быть по возможности выше (зеркальный канал отстает от полезного на 2fпр), а для обеспечения избирательности по соседнему каналу Sез - как можно ниже (соседний канал отстает от полезного на величину 10 кГц). Однако с увеличением fпр ухудшается добротность избирательной системы фильтра сосредоточенной селекции (ФСC), а следовательно не произойдет обеспечение высокой избирательности по соседнему каналу, в следствии чего на нагрузке радиоприемного устройства (РПУ) будет выделяться сигнал с частотой fпр 10 кГц. Поэтому, чтобы этого не случилось необходимо, чтобы ФСC обладал достаточно высокой избирательностью, а это возможно только при достаточно низкой fпр, так как при уменьшении fпр увеличивается добротность.

При большой fпр добротность ФСC меньше, его АЧХ имеет более пологие скаты и более широкую полосу пропускания, которую входит сигнал с соседнего канала. В случае, если fпр меньше - добротность ФСC больше, полоса пропускания меньше и сигнал с соседнего канала в эту полосу не входит.

Возникло противоречие: с одной стороны нужно увеличить fпр для обеспечения высокой Sез, с другой стороны нужно уменьшить fпр для обеспечения высокой Sез. Поэтому чтобы удовлетворить эти два условия нужно выбрать необходимую fпр.

Следуя ГОСТу видно, что промежуточная частота для ДВ, СВ и КВ диапазонов равна 465 кГц, для УКВ диапазонов 10,7 МГц, а для радиолокационных РПУ fпр = 100 МГц.

Так же необходимо обеспечить избирательность по промежуточной частоте. Если на частоте равной промежуточной будет работать передатчик, то смеситель преобразователя для этой частоты будет являться резонансным усилителем и из-за некоторых резонансных свойств тракта ВЧ в нагрузке РПУ мы будем слышать на ряду с полезным сигналом сигнал-помеху на fпр. Ослабить этот побочный канал можно включением в цепь антенны фильтра "пробка".

Из вышесказанного следует, что избирательность по побочным каналам, а так же другие показатели РПУ зависят от правильного выбора промежуточной частоты.

2.1.4 Определение полосы пропускания приёмника.

ПП=2∙F_max (2.6)

Необходимая полоса пропускания до детектора зависит от эффективной

ширины принимаемого сигнала, а также от стабильности частоты гетеродина и передатчика. Для радио/вещ. приёмников допускается подстройка при приеме, поэтому ПП выбирается только по эффективной ширине спектра сигнала ∆f_c.

2.1.5 Выбор входной цепи. Определение числа резонансных контуров УРЧ.

Выбор входной цепи.

В разрабатываемом РПУ выбирают входную цепь, выполненную по схеме одиночного контура с емкостной связью антенны и последующего каскада, с индуктивной или индуктивно – емкостной связью.

Распределение заданной величины избирательности.

В РПУ супергетеродинного типа, в профессиональных и радиовещательных с однократным преобразованием частоты, применяют следующее распределение по трактам заданных величин избирательности:

Избирательность по зеркальному каналу обеспечивается трактом радиочастоты (тракт радиочастоты включает в себя входную цепь и УРЧ);

Избирательность по соседнему каналу обеспечивается трактом промежуточной частоты.

Распределение ослабления на краях полосы пропускания указано в таблице 2.1

Таблица 2.1 – Ослабление на краях полосы пропускания

Тип РПУ	Рабочая частота, кГц	Ослабление на краях полосы пропускания, дБ
		Всего тракта	Тракта УРЧ	Тракта УПЧ	Предварительного УЗЧ	ОконечногоУЗЧ
Радиовеща­тельный с АМ с АМ с ЧМ	<250 >250 >250	18 14 14	4..8 1..3 0..1	6..8 6.8 6	1..2 1..2 2..3	1..2,5 1..2,5 3..4

Определение эквивалентной добротности и числа контуров тракта радиочастоты.

Конструктивная добротность контуров выбирается из таблицы 2.2

Таблица 2.2 – Значение конструктивной добротности

Диапозон	Значение конструктивной добротности
	Без сердечника	С сердечником
КВ УКВ	60…150 100…200	140…190 100…200

Цель расчета заключается в определении количества контуров тракта радиочастоты, эквивалентной добротности, для контуров тракта радиочастоты и проверка соответствия заданным величинам ослабления на краю полосы пропускания, помехи по зеркальному каналу и помехи прямого прохождения. Коэффициент шунтирования контура электронным прибором : для транзисторов равен: (0,5 – 0,8).

Исходные данные:

Крайние частоты диапазона f_min - fmax

Избирательность по зеркальному каналу Qз

Полоса пропускания П

Ослабление на краях полосы пропускания радиочастоты σ_п

Конструктивная добротность контуров Q_K

Промежуточная частота f_np

Настройка, при которой задана избирательность(Расстрой-ка) ∆f _c

Избирательность на f_np

Требуется определить:

- число контуров тракта радио частоты n_c .

- эквивалентную добротность контуров Qэ.

- избирательность по зеркальному каналу σ_з.

- ослабление помехи прямого прохождения σ_пр.

- ослабление на краях полосы пропускания σ_п.

Порядок расчета:

1. Задаются ориентировочным числом одиночных контуров тракта радиочастоты n_c=1

2. Допустимая добротность контуров, обеспечивающая заданное ослабление на краях полосы Qп , определяется по формуле:

Q_П = (2.7)

3. Необходимая добротность контуров, обеспечивающая заданную избирательность по зеркальному каналу Qи

f_зmax = f_max + 2 f_np

При индуктивной связи с антенной

Q_Н =

При емкостной связи с антенной

Q_Н =

4. Определяют конструктивную добротность контура Qэк

Для транзисторов Ψ=(0,5 -0,8). Принимают значение Ψ и из таблицы 2.2 выбирают конструктивную добротность Qк

Qэк= Ψ∙Qк (2.8)

Если Qи< Qэк < Q_п

то принимают число контуров n_c=1 и эквивалентную добротность контура Qэк

Проверяют избирательность по зеркальному каналу. На максимальной частоте избирательность по зеркальному каналу имеет вид:

σ_з =Qэ∙ ( f_зmax/ f_ср - f_ср / f_зmax) (2.9)

Определяю ослабление помехи прямого прохождения Gпр

σ_пр =Qэк∙ ( f_np/ f_min - f_min/ f_np) (2.10)

2.1.6 Определение: типа, параметров и числа избирательных систем настроенных на ПЧ.

Расчет сводится к выбору схемы УПЧ, определяют количества контуров в УПЧ, их эквивалентной добротности и проверке соответствия расчетных параметров ослабление помехи по соседнему каналу.

Выбирают схему усилителя промежуточной частоты с ФСС

Исходные данные:

Промежуточная частота f_np

Полоса пропускания П

Ослабление на краях полосы пропускания σ_п

Ослабление помехи по соседнему каналу σ_с

Настройка, при которой задана избирательность (расстройка) ∆f_c

Конструктивная добротность контуров Q_K

Коэффициент шунтирования контура транзистора Ψ

Требуется определить:

- количество контуров n_пр

- необходимая добротность фильтра Q_H

- избирательность по соседнему каналу

- фактор связи контура фильтра β

Порядок расчета:

1. Принимают число ФСС n_пр=1

2. 0пределяю ослабление на краях ПП и избирательность по соседнему каналу

σ_фп= σ_п/ n_пр , ДБ (2.11)

σ_фс = σ_с/ n_пр , ДБ (2.12)

3. Задают величину относительной расстройки α_п на границе полосы пропускания. При σ_фп > 8 дб и σ_фс < 26 дб можно принять α_п = 1. В остальных случаях рекомендуется расчетную полосу принимать шире на 10 – 20%, тогда α_п = 0,8 – 0,9.

4. 0пределяю ширину расчётной ПП ФСС

Пр=П/ α_п (2.13)

5. 0пределяют необходимую добротность контуров ФСС

Q_н= (2.14)

6. Определяют величину относительной расстройки для соседнего канала

α_с= (2.15)

где ∆ƒ_С – расстройка, при которой задана избирательность по соседнему каналу

7. Определяют величину обобщенного затухания

β = (2.16)

8. По кривой приложения Д, при значении β и по α_п, α_с определяется избирательность по СК и ослабление на краях ПП σ_п и σ_с.

9. Определяют число звеньев одного ФСС необходимое для обеспечения избирательности по СК на один фильтр.

n_и= σ_фс/ σ_с . (2.17)

10. Определяют число звеньев одного ФСС необходимое для обеспечения заданного ослабления на краях ПП на один фильтр.

n_п= σ_фп/ σ_п (2.18)

Если n_п> n_{и ,} то расчет произведен правильно

Принимают число звеньев одного ФСС. Например n_ф= n_и=1 и число ФСС n_пр=1

11. Определяют ослабление на краях ПП, УПЧ

σ_п= n_пр∙ n_ф∙ σ_п (2.19)

Избирательность по СК

σ_с = n_пр∙ n_ф∙ σ_с (2.20)

2.1.7 Определение числа каскадов ВЧ тракта.

Цель расчета заключается в определении требуемого коэффициента усиления РПУ – Кт, который обеспечил бы нормальную работу детектора, определение требуемого коэффициента усиления с запасом Ктз и определение общего коэффициента усиления каскада, содержащего резонансные системы, Кобщ. Если Ктз окажется больше Кобщ, то определяются дополнительное количество апериодических усилителей, которые совместно с резонансными обеспечили бы Ктз.

Выбор типа детектора.

Его параметры:

Амплитудное напряжение на входе Uд_вх

Коэффициент передач Кд

Определяют требуемое усиление до детектора

1 Требуемое усиление.

Кт= Uд_вх[В] ∙10⁶/1,41∙U_min[мкВ] (2.21)

2 Требуемое усиление с запасом

Для КВ: Ктз=(2,5-3,5) ∙Кт

Определяют минимальное число каскадов до детектора

Исходные данные:

Выбирают транзистор и его параметры:

Крутизна транзистора S

Емкость коллекторного перехода Ск

Требуется определить:

- общий коэффициент усиления с резонансными системами Кобщ

- число апериодических усилителей в тракте радиочастоты Nурч

- число апериодических усилителей в тракте преобразователей частоты Nупч

Порядок расчета:

1. Определяют коэффициент шунтирования контура входной цепи транзистора

Для транзисторов Ψ=(0,5 -0,8).

2. Определяют коэффициент включения транзистора в контур входной цепи

m₂=(0.7 – 0.9).

3. Определяют коэффициент передачи входной цепи с учетом m₂

К’вц= Квц∙ m₂

4. Определяют коэффициент усиления УРЧ

Курч=6,3 (2.22)

где S – крутизна характеристики транзистора на рабочей частоте при выбранном режиме, мА/В;

ƒ – максимальная рабочая частота, МГц;

С_К – емкость коллектор – база, пФ.

5. Определяют коэффициент усиления УПЧ

Купч=6,3 (2.23)

где S – крутизна характеристики транзистора на рабочей частоте сигнала, мА/В;

ƒ_С – рабочая частота на входе преобразователя, МГц;

С_С – емкость база - коллектор, пФ.

6. Определяют коэффициент усиления ПЧ

Кпч= 6,3√(S[мА/В]/f_max[МГц] ∙Ск[пФ]) (2.24)

7 Предварительно принимают число каскадов

Nурч=1

Nупч=1

8 Определяю общий коэффициент усиления с резонансными системами до детектора

Кобщ = Квц ∙ Курч ∙ Кпч ∙ Купч (2.25)

Кобщ >Ктз

9 Окончательно выбирают число каскадов Nурч, Nупч

Предварительный расчет АРУ.

Задаются исходными данными для расчета

- изменение входного напряжения а

- изменение выходного р

Порядок расчета.

1 Вычисляют степень изменении коэффициента усиления одного каскада под

действием АРУ (Л₁). Для транзисторных приемников практически можно принимать Л₁=(6 - 10) раз.

2 Определяют требуемое изменение коэффициента усиления приемника под действием АРУ:

Л_т= а/р (2.26)

3 Определяют необходимое число регулируемых каскадов:

Nару = lg Л_т / lg Л₁ (2.27)

4 Регулировка будет осуществляться например в каскаде УПЧ.

Выбор схемы УНЧ.

Выбирают схему предварительного усилителя и усилителя мощности на транзисторах. Её параметры: Р_потр, Рвых, Uпит

Для регулировки тембра выбирают схему активного регулятора громкости.

Определяют мощность потребляемую радиоприемником .

Во всех каскадах используется кроме УНЧ используются транзисторы :

выбирают ток коллектора Iк

Рупч = Рпр = Рурч = Iк∙Uпит (2.28)

Р_потр= Р_урч + Р_упч + 2Р_пр + Р_унч (2.29)

2.1.8 Результаты эскизного расчета.

Результаты эскизного расчета помещают в таблицу. Примечание: в числителе должны быть указаны значения, заданные в курсовом задании, в знаменателе полученные при расчетах.

Таблица 2.3 – Параметры каскадов РПУ

Каскады	Параметры								Примечание
	σз	σс	σпр	Qэ	К	nc	nпр	Qн
ВЦ	-	-	-	-	-	-	-
УРЧ	-	-	-	-	-	-	-	-	Тип УРЧ
ПЧ	-	-	-	-	-	-	-	-
УПЧ	-	-	-	-	-	-	-	-